江西師范大學袁彩雷團隊Small（封面）：電化學重構NiFe/NiFeOOH核殼異質結構納米顆粒在交變磁場下增強析氧反應

過渡金屬在析氧反應（Oxygen evolution reaction）過程中通常會發生電化學重構現象，生成的過渡金屬羥基氧化物（MOOH，其中M為過渡金屬）具有高催化活性和低成本，是一種有望替代貴金屬Ir/Ru的催化劑。然而，過渡金屬羥基氧化物非晶形態導電性差的問題從根本上限制了其電化學反應動力學。在此研究背景下，通過與高導電限域基體充分接觸構建空間限域結構是解決當前過渡金屬羥基氧化物導電性差的有效方案之一。另一方面，近年來許多研究表明鐵磁納米顆粒催化劑在交變磁場下將產生磁加熱效應，從而提高其催化性能。鐵磁納米顆粒的磁加熱效應主要由布朗弛豫（Brownian relaxation）和奈爾弛豫（Néel relaxation）這兩種機制決定。布朗弛豫有關的磁加熱效應涉及鐵磁納米顆粒的物理旋轉，這將可能導致催化劑的脫離或微觀排布的變化，導致催化劑性能下降。而奈爾弛豫有關的磁加熱效應是由催化劑磁矩在交變磁場下的持續翻轉產生的，不涉及納米顆粒的物理旋轉。因此，相比之下，奈爾弛豫有關的磁加熱效應是實現鐵磁納米顆粒在交變磁場作用下獲得性能穩定提升的有效方式。

近期，江西師范大學袁彩雷教授團隊在利用脈沖激光沉積成功制備限域在高導電碳基體中NiFe納米顆粒的基礎上，結合電化學重構技術獲得了超順磁NiFe/NiFeOOH核殼異質結納米顆粒。電化學測試表明，NiFe/NiFeOOH核殼異質結構納米顆粒催化劑具有優異的OER催化活性和穩定性。更重要的是，得益于奈爾弛豫有關的磁加熱效應，超順磁NiFe/NiFeOOH核殼異質結構納米顆粒催化劑在交變磁場下可以實現OER性能的顯著提升。這項工作不僅表明構建空間限域結構是解決非晶過渡金屬羥基氧化物導電性差問題的有效途徑，而且還揭示了奈爾弛豫有關的磁加熱效應是實現鐵磁納米顆粒催化劑性能穩定提升的有效方式。

圖1. 電化學重構制備核殼異質結構納米顆粒和在交變磁場作用下的磁加熱效應示意圖。

圖2. 限域型NiFe納米顆粒和NiFe/NiFeOOH核殼異質結構納米顆粒結構表征及磁學特性。

圖3. NiFe/NiFeOOH核殼異質結構OER理論計算。

圖4. NiFe/NiFeOOH核殼異質結構納米顆粒催化劑在有無交變磁場作用下的OER性能測試。

圖5. NiFe/NiFeOOH核殼異質結構納米顆粒催化穩定性測試。

研究成果近期以“Electrochemical reconstruction of NiFe/NiFeOOH superparamagnetic core/catalytic shell heterostructure for magnetic heating enhancement of oxygen evolution reaction”為題發表在Small上，并被評選為期刊封面（Inside Front Cover）。袁彩雷教授課題組碩士研究生彭東權和胡策博士為論文的共同第一作者，通訊作者為袁彩雷教授，江西師范大學為論文的第一單位。該項工作得到了國家自然科學基金委、江西省主要學科學術和技術帶頭人培養計劃-領軍人才項目以及江西省自然科學基金委等的支持。

文章鏈接如下：https://doi.org/10.1002/smll.202205665

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