第一作者：Donghoon Kim
通讯作者：Chiara Gattinoni, Xiang-Zhong Chen, Salvador Pané
通讯单位：London South Bank University, ETH Zürich
研究内容：
磁场被认为是电催化和光催化反应的额外刺激，但不是催化过程的直接触发因素。多铁性/磁电材料，其电极化和表面电荷可以磁性改变，特别适用于仅用磁场触发和控制催化反应。在这里，证明了磁场可以用作通过磁电效应收集氢的独立输入能源。复合多铁性 CoFe2O4–BiFeO3核壳纳米粒子充当析氢反应 (HER) 的催化剂，当向磁电纳米催化剂的水分散体施加交变磁场时会触发析氢反应。基于密度泛函计算，提出析氢是由磁电耦合引起的BiFeO3铁电极化方向的变化驱动的。相信这些发现将为磁感应可再生能源收集开辟新途径。
要点一：
本文展示了使用磁场作为可再生能源收集的触发，通过利用磁电效应通过CFO BFO核壳纳米颗粒，显然可以作为HER催化剂。
要点二：
本文提出了一种机制:当施加磁场时，磁致伸缩的CFO核心响应磁场，将应变传递到BFO壳层，导致BFO铁电极化方向的变化。磁电耦合引起的极化反转导致粒子表面产生电荷，这将是磁电诱导催化反应的驱动力。大的磁场穿透深度使复杂的催化结构在光几乎无法启动光催化的不透明水介质中完全激活。相信这一发现可以为磁场与其他能源的协同组合提供合作途径，以实现氢气产量的最大化。
图1：a) CFO BFO核壳纳米颗粒的θ–2θx射线衍射扫描和Rietveld细化。每个峰对应Fd-3m CFO相和R3c BFO相的Bragg峰(分别用C和B表示)。b-g)核壳纳米粒子的HAADF-STEM和EDX分析。
图2：a,b)磁场相关的局部PFM滞后:振幅(a)和相位(b)环路。
图3: a)在交变磁场(22mT，1.19kHz)下，通过气相色谱谱测量氢演化随时间的变化。对照样品分别为去离子水、甲醇/去离子水溶液、与去离子水混合的CFO纳米颗粒和与甲醇/去离子水溶液混合的CFO纳米颗粒。b，c)与甲醇/去离子水溶液混合的CFO-BFO粒子中析氢(b)和频率(c)与磁场强度(b)的依赖性。每个数据点至少测量3次。数据以平均值±和SD表示。
图4：a)用于计算的BFO(001)板(左)，逐层计算的态密度(中)，以及上极化(表面补偿，上)和下极化(表面补偿，下)极化反转导致的能带弯曲示意图(右)。b)核壳纳米粒子磁电耦合极化反转的可能机制。(上)应变梯度的产生导致挠曲电致极化反转，(中)应变诱导畴壁运动，(下)拉伸-应变诱导极化面内旋转。
参考文献
Donghoon Kim,Ipek Efe,Harun Torlakcik,Anastasia Terzopoulou,Andrea Veciana,Erdem Siringil,Fajer Mushtaq,Carlos Franco,Denis von Arx,Semih Sevim,Josep Puigmartí-Luis,Bradley Nelson,Nicola A. Spaldin,Chiara Gattinoni,Xiang-Zhong Chen,Salvador Pané. Magnetoelectric Effect in Hydrogen Harvesting: Magnetic Field as a Trigger of Catalytic Reactions. Advanced Materials. 2022. https://doi.org/10.1002/adma.202110612.
