[發明專利]一種具有反鐵磁近鄰效應的析氧反應電催化劑

在審

• 申請號: 202210400374.7
• 申請日: 2022-04-16
• 公開（公告）號: CN114823021A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 胡策;駱興芳;袁彩雷;周行;俞挺;郭滿滿;楊勇;徐鏗
• 申請（專利權）人: 江西師范大學
• 主分類號: H01F1/00
• 分類號: H01F1/00
• 代理公司: 南昌華成聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 36126
• 代理人: 張建新

本發明提供了一種具有反鐵磁近鄰效應的析氧反應電催化劑，其包括反鐵磁層和設置在所述反鐵磁層上的順磁層。其中，所述反鐵磁層的奈爾溫度高于室溫，且所述順磁層的厚度小于5納米。這種具有反鐵磁近鄰效應的析氧反應電催化劑，在反鐵磁近鄰效應作用下實現順磁層的室溫鐵磁性，因而在外加磁場磁化后析氧反應性能可以得到永久提升。

技術領域

本發明屬于電催化技術領域，具體涉及析氧反應電催化劑。

背景技術

析氧反應（Oxygen evolution reaction，OER）是水裂解、CO₂還原和金屬空氣電池等眾多電化學儲能和轉換技術中的關鍵過程。但OER的四電子過程動力學緩慢，從根本上限制了其反應效率。近年來，理論和實驗研究表明鐵磁（Ferromagnetic，FM）電催化劑利用自旋相關動力學可降低OER動力學勢壘（即從自旋平行排列的氧原子到具有三重基態的氧分子的過程），從而提高反應效率。此外，得益于電子自旋的非易失性，鐵磁電催化劑無需外磁場的持續作用，這對于解決工業應用中通過在電解槽上施加外部磁場帶來的設備不兼容和額外的成本挑戰問題非常重要。然而，大多數成本效益好的電催化劑在室溫下是非鐵磁性的，因此如何實現順磁（Paramagnetic，PM）催化劑的鐵磁性對于進一步提高OER性能具有重要意義。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于至少解決上述問題中的一部分或全部。

本發明的一個方面提供一種具有反鐵磁近鄰效應的析氧反應電催化劑，其包括反鐵磁層和設置在所述反鐵磁層上的順磁層。在反鐵磁（Antiferromagnetic，AFM）/順磁異質結構中的反鐵磁近鄰效應（一種長程自旋相互作用）作用下，實現順磁催化劑室溫鐵磁性，提高析氧反應性能。其中，所述反鐵磁層的奈爾溫度高于室溫，且所述順磁層的厚度小于5納米，在反鐵磁近鄰效應作用范圍之內。

在一個示例中，所述反鐵磁層和順磁層為范德瓦爾斯材料或非范德瓦爾斯材料。

在另一示例中，所述反鐵磁層由以下項中的至少一個形成：反鐵磁金屬、反鐵磁半金屬、反鐵磁半導體、反鐵磁超導體、反鐵磁面內磁各向異性材料、反鐵磁面外磁各向異性材料、有機反鐵磁材料和無機反鐵磁材料。

在另一示例中，所述順磁層由以下項中的至少一個形成：順磁金屬、順磁半金屬、順磁半導體、順磁超導體、有機順磁材料和無機順磁材料。

本發明的另一方面提供了具有反鐵磁近鄰效應的析氧反應電催化劑的應用，其用于外加磁場磁化后析氧反應性能永久提升。

附圖說明

圖1示出了根據本發明實施例的具有反鐵磁近鄰效應的析氧反應電催化劑的示例結構的側視圖。

圖2示出了根據本發明實施例的反鐵磁近鄰效應示意圖。

圖3示出了根據本發明實施例的自旋平行排列的兩個氧自由基產生三重態氧的示意圖。

具體實施方式

下面對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所介紹的發明實施例僅是本發明一部分實施例，而非全部實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護范疇。

其次，本發明結合附圖進行詳細描述，在詳述本發明實施例時，為便于說明，所述附圖只是示例，其在此不應限制本發明保護的范圍。

在此使用的所有術語（包括技術和科學術語）具有本領域技術人員通常所理解的含義，除非另外定義。應注意，這里使用的術語應解釋為具有與本說明書的上下文相一致的含義，而不應以理想化或過于刻板的方式來解釋。

本發明提出了一種具有反鐵磁近鄰效應的析氧反應電催化劑。根據本發明實施例的具有反鐵磁近鄰效應的析氧反應電催化劑可以包括反鐵磁層和設置在所述反鐵磁層上的順磁層，其中，所述反鐵磁層的奈爾溫度高于室溫，且所述順磁層的厚度小于5納米。