水電解是將可再生能源轉(zhuǎn)化為清潔氫燃料的有效方法。然而，水分解產(chǎn)H₂的能源效率受到高析氧反應(yīng)(OER)過(guò)電位的限制。目前，開(kāi)發(fā)了氧化還原對(duì)催化劑來(lái)克服高OER過(guò)電位。

基于此，哈爾濱工業(yè)大學(xué)張倫勇、天津大學(xué)周偉和南京大學(xué)閆世成等報(bào)道了一種熱誘導(dǎo)的磁轉(zhuǎn)變策略來(lái)加速氧化還原電對(duì)的氧化動(dòng)力學(xué)。

由于氧化還原對(duì)氧化和水氧化之間的動(dòng)力學(xué)差異很大，Ni²⁺/Ni³⁺的氧化電位和OER之間的電位差(DV)足夠大，可以使用Ni²⁺/Ni³⁺作為用于分離OER和析氫反應(yīng)(HER)的氧化還原對(duì)。Ni基氧化還原對(duì)介導(dǎo)的水分解(初始OER瓶頸步驟)中的Ni²⁺/Ni³⁺循環(huán)動(dòng)力學(xué)通過(guò)將熱耦合到電驅(qū)動(dòng)的Ni²⁺/Ni³⁺氧化還原循環(huán)顯著加速?；诠庾V和磁性測(cè)試，揭示了在磁相變的幫助下熱電耦合水分解的清晰物理機(jī)制；同時(shí)低品位熱場(chǎng)(<100 °C)而不是電驅(qū)動(dòng)Ni²⁺/Ni³⁺的熱敏鐵磁-順磁自旋態(tài)變化氧化還原循環(huán)。

由于磁躍遷輔助的高效熱電耦合，Ni_0.67Fe_0.33O_xH_y在堿性電解質(zhì)中，在100 mA cm^-2和90 °C下表現(xiàn)出221 mV的最低OER過(guò)電位，優(yōu)于基準(zhǔn)IrO₂催化劑。對(duì)于Ni_0.67Fe_0.33O_xH_y，V₁₀₀從30 °C時(shí)的1.481 V平行移動(dòng)到90 °C時(shí)的1.392 V，這是熱加速Ni²⁺/Ni³⁺循環(huán)動(dòng)力學(xué)的結(jié)果，意味著K_M和K_OER的能壘被熱場(chǎng)成功喚醒。

相反，純Ni(OH)₂的Tafel斜率與溫度有關(guān)，從30 °C時(shí)的106 mV dec^-1變化到90 °C時(shí)的69 mV dec^-1，證實(shí)了沒(méi)有Fe的Ni(OH)₂上的水氧化主要受到其緩慢的OER動(dòng)力學(xué)的限制。這些發(fā)現(xiàn)為高效熱電互補(bǔ)OER設(shè)備的設(shè)計(jì)提供了新的思路。

Heat-Triggered Ferri-to-Paramagnetic Transition Accelerates Redox Couple-Mediated Electrocatalytic Water Oxidation. Advanced Functional Materials, 2022. DOI: 10.1002/adfm.202111234