【摘要】 科学指南针同步辐射XAS测试揭示交变磁场诱导Fe₃O₄@CNTs中六配位Fe高自旋化机制，HER过电位降至32mV。提供Fe K边XANES/EXAFS价态与配位环境精准测试服务，首样免200元。

DOI: 10.1016/j.apcatb.2024.124087

​核心发现​：交变磁场诱导Fe₃O₄@CNTs中Fe_oct高自旋化，显著提升HER/OER双功能催化性能

 

研究背景与痛点

  • ​贵金属催化剂局限​

    • Pt、RuO₂等传统催化剂成本高、稳定性差，制约氢能规模化应用

  • ​尖晶石氧化物潜力与瓶颈​

    • Fe₃O₄具备可调自旋结构与丰富配位活性位点，但存在电导率低、反应动力学缓慢问题

  • ​外场调控新策略​

    • 交变磁场（AMF）通过重构自旋电子结构，调控d轨道填充与杂化程度，突破催化性能瓶颈

 

创新策略与同步辐射验证【科学指南针·同步辐射测试·2024】

双重协同设计

  • ​磁控调节+异质结构​

    • Fe₃O₄@CNTs异质结结合交变磁场，实现电子转移效率与反应动力学同步优化

同步辐射核心证据（科学指南针提供测试服务）

  • ​Fe K边XANES分析​

    • 峰位正移：Fe平均价态升高（部分Fe²⁺→Fe³⁺）

    • 白线强度增加：3d轨道空态增多，电子交换能力提升

源文图3

  • EXAFS结构解析​

    • Fe-O键长从2.61Å增至2.94Å，局域结构畸变降低*OOH生成能垒

    • Fe-Fe配位峰减弱，预示表面重构

源文图4

 

自旋态重构与性能突破

关键机制验证

  • ​高自旋态实验证实​

    • 首获交变磁场诱导Fe_oct低自旋→高自旋转变的直接证据

    • d轨道与O 2p轨道杂化增强，电子转移效率提升300%

  • ​Operando Raman动态监测​

    • 捕捉Fe₃O₄→FeOOH表面重构过程（677cm⁻¹峰演变）

源文图5

源文图6

 

性能指标

测试条件

HER过电位@10mA·cm⁻²

OER过电位@100mA·cm⁻²

无磁场

98mV

302mV

​AMF作用20分钟​

​32mV​

​179mV

 

技术应用与同步辐射服务【科学指南针·测试方案】

工业价值

  • ​Fe基催化剂设计路径​

    • 磁场调控使非贵金属催化剂性能超越90%文献报道值

  • ​绿氢生产可行性​

    • 双功能活性提升使电解水装置能耗降低35%

 

同步辐射测试解决方案（科学指南针提供）

  • 测试价格：透射模式 3500元/元素；荧光模式 7000元/元素；固探模式 10500元/元素

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  • 服务优势：最快3天出结果；一对一免费指导；标样数据免费获取；免费协助回复审稿

测试能力矩阵​：

  • ✔️ 吸收原子价态与对称性分析
  • ✔️ 配位键长/配位数精准测定
  • ✔️ 动态结构演变追踪（结合Operando技术）

 

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