近日，我校物理与通信电子学院、江西省微纳材料与传感器件重点实验室的袁彩雷教授带领的低维物理团队在交变磁场辅助电催化领域的实验应用方面取得新突破，该项研究成果以《A Versatile C/Fe3O4/C Self-Heating Electrode for Universal Application of Alternating Magnetic Fields in Electrocatalytic Hydrogen Production》为题发表在国际顶级学术期刊《Advanced Functional Materials》（IF: 19.0）上。江西师范大学为唯一通讯单位，袁彩雷教授为本文通讯作者，硕士研究生占贺龙为本文第一作者，江珍真博士为本文共同第一作者。
高频交变磁场产生的磁热效应，由于其在控制参数（即大小和频率）上的灵活性、低损伤、低噪声以及高穿透深度等方面的优势，已广泛应用于磁热疗、催化、有机合成等领域。在催化领域中，与传统的直接加热反应器提升催化性能处理不同，交变磁场提供了一种非接触式加热技术，局域加热受激磁性纳米颗粒催化剂（磁加热温度可达数百度）从而提升催化剂催化性能，而不会影响反应器的寿命和能耗。然而，目前交变磁场在电化学领域中的实际应用主要集中在磁性纳米颗粒催化剂上，这是由于磁热效应微观机制主要为布朗弛豫和奈尔弛豫，这两种机制都与催化材料是否具有磁性或磁响应密切相关。现阶段，非磁性催化材料应用于与交变磁场相关的能量转换领域是非常困难的。因此，亟需开发一种策略，使交变磁场下的磁热效应能够广泛应用于各种催化剂上，即使是非磁性催化剂。
该论文提出制备了一种通用型磁加热电极，通过在工作电极（玻碳电极）上修饰磁性的Fe3O4纳米颗粒，利用磁性Fe3O4纳米颗粒在外部高频交变磁场的触发下快速有效产生与Néel弛豫相关的磁热效应加热上层负载的非磁性催化剂，从而大幅提升非磁性催化材料的电化学性能。为了验证该C/Fe3O4/C磁加热电极的通用性，团队选择Pt纳米颗粒和Pt单原子作为两种具有代表性的非磁性析氢反应电催化剂进行试验。结果表明，在高频交变磁场的作用下，负载在磁加热电极上的Pt纳米颗粒和Pt单原子析氢反应电流密度分别提高了~146%和~185%，磁加热电极能够提升非磁性电催化剂析氢反应性能。该工作设计的通用型C/Fe3O4/C磁加热电极可以作为热源加热上部催化反应，成功地将交变磁场的应用扩展到非磁性电催化剂领域，为在更广泛的能源应用中拓展磁热增强效应提供了新的途径。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202407600