Een samenwerking tussen onderzoeksgroepen van ICIQ laat zien hoe de aanwezigheid van een extern magnetisch veld het reactiemechanisme van de elektrokatalytische zuurstofevolutiereactie verandert.

Op 30 september 1845 schreef Michael Faraday in zijn dagboek:‘Gezien de aard van de relatie tussen magnetische en elektrische krachten, denk ik dat het een bepaald effect moet zijn dat magneten en andere vormen van apparaten en de vooruitgang van onze kennis ons in de toekomst in staat zullen stellen ontwikkelen." Vele jaren later blijven de relatie en synergie tussen magnetische en elektrische krachten intrigerend voor onderzoekers.

Een van de meest nieuwe magneto-elektrische effecten is gevonden in de elektrochemie, waar de directe impact van een aangelegd magnetisch veld om de kinetiek van elektrochemische reacties te verbeteren een populaire trend aan het worden is. Het is een controversiële observatie die nog steeds slecht wordt begrepen.

Onderzoekers van ICIQ hebben deze maand een onderzoek gepubliceerd in APL Energy dat, zonder enige redelijke twijfel, het directe effect van een externe magneet op het reactiemechanisme van de zuurstofevolutiereactie (OER) aantoont en bevestigt, in het bijzonder tijdens waterelektrolyse om groene waterstof te produceren. Concreet bevordert het magnetische veld een grotere accumulatie van de actieve NiOOH-soort, wat leidt tot snellere OER-reactiekinetiek aan het elektrodeoppervlak.

Dit werk is uitgevoerd door de groepen van prof. J.R. Galán-Mascarós, prof. Núria López en dr. Bahareh Khezri, in samenwerking met het Institute of Advanced Materials (INAM). “Sinds de ontdekking van dit fenomeen zijn er veel rapporten geweest over de magneto-elektrochemische verbetering, maar geen daarvan identificeerde daadwerkelijk de oorsprong ervan op basis van experimentele gegevens. Onze resultaten wijzen in de richting van de microscopische oorsprong ervan op de actieve plaats van de katalysator, waardoor interessante mogelijkheden voor verdere optimalisatie en exploitatie”, legt prof. Galán-Mascarós uit.

"Deze bevindingen onderstrepen het transformerende potentieel van het integreren van magnetische velden in elektrochemische processen en bieden een nieuwe benadering om de beperkingen van traditionele elektrokatalytische methoden te overwinnen", voegt Dr. Khezri toe.

In deze studie is het effect van magnetische velden op elektrokatalytische OER onderzocht met behulp van twee krachtige technieken. Zoals uitgelegd door Dr. Khezri:"Het gebruik van elektrochemische impedantiespectroscopie en spectro-elektrochemische analyse onder operando-omstandigheden heeft concreet bewijs geleverd van dit effect."

"De combinatie van complementaire technieken is zeer krachtig geweest om de evolutie van de katalysator te begrijpen zodra het magnetische veld wordt toegepast. Daarom hebben we in één keer gespeeld met magnetische, optische en elektrische stimuli. Dit was mogelijk dankzij de samenwerking tussen de verschillende teams." concludeert prof. Galán-Mascarós.

Meer informatie: C. A. Mesa et al., Experimenteel bewijs van de directe invloed van externe magnetische velden op het mechanisme van de elektrokatalytische zuurstofevolutiereactie, APL Energy (2024). DOI:10.1063/5.0179761

Aangeboden door het Instituut voor Chemisch Onderzoek van Catalonië