磁场对MFe₂O₄（M=Fe, Co, Ni或Zn）铁氧体OER性能的作用机制研究

摘要

以炭纸为载体，通过原位水热法合成了一系列炭纸负载的尖晶石结构铁氧体MFe₂O₄微球催化剂(M²⁺=Fe²⁺,Co²⁺,Ni²⁺和Zn²⁺)，研究了铁氧体中M²⁺的种类和外磁场特性对催化剂OER性能的影响.结果表明：炭纸负载的NiFe₂O₄（NFO-Ms/C）具有优异的OER性能，在10 mA·cm^-2时的过电位为409 mV、Tafel斜率为78.9 mV·dec^-1、电化学活性表面积为1.6mF·cm^-2，这主要是因为NiFe₂O₄中存在较多的高价态M³⁺和较低的导电率、丰富的氧空位，有利于加快OER反应的速率.稳定性测试表明，60 h后NFO-Ms/C的过电位仅升高5%左右，这主要是由于催化剂不断由Ni²⁺转变为高活性的N³⁺，保持着较好的催化活性.外界交变磁场能提高NFO-Ms/C的OER性能，当交变磁场强度为4.320 mT, NFO-Ms/C的过电位由455 mV下降到了315 mV(10 mA·cm^-2)，降低了30.8%，这是由于交变磁场生成的感生电场使电极表面活性物质OH^-增多提升了电极电势，磁热效应提供额外能量加速电荷传输.

关键词

析氧反应 / 原位负载 / 铁氧体 / 外场增效