水電解被認為是建立由可再生能源驅動的清潔和可持續的氫經濟的最有希望的方法。但是，析氧反應(OER)的緩慢動力學限制了水電解的整體效率，阻礙了電解水技術相關產業的進一步發展。近年來，各種催化劑被開發用于提升OER性能。其中，磁赤鐵礦(γ-Fe₂O₃)具有優異的OER活性，但由于制備純相和合適納米尺寸的γ-Fe₂O₃仍存在困難，很少關于其應用于分解水領域的報道。

因此，研究人員一直在探索有效的γ-Fe₂O₃制備方法，如共沉淀法、熱分解法、燃燒合成法、化學反應法等。然而，其中一些過程操作復雜或需要額外的條件，這增加了反應的成本。因此，目前急需需要開發更經濟和環境友善的方法來制備γ-Fe₂O₃。

近日，中國科學院大學溫州研究院宋三召和木留華等報道了一個簡單的γ-Fe₂O₃制備方法，即通過引入Co離子，在500°C的條件下可以實現α-Fe₂O₃相向γ-Fe₂O₃相的轉變(CFO-X，X為添加的Co離子的含量)。

值得注意的是，在陽極施加一個小的、恒定的外磁場，導致γ-Fe₂O₃催化劑的堿性OER性能受到顯著影響。具體而言，在磁場和堿性條件下，Fe₂O₃催化劑的OER性能得到顯著提高。當磁場強度為200 mT時，最優的CFO-0.40催化劑在1.67V的電位下產生100 mA cm^?2的電流密度，低于無磁場時的電位(1.68 V)；同時，在200 mT磁場下，CFO-0.40的Tafel斜率也降低了7.2 mV dec^-1，表明外加磁場增強了OER的動力學。因此，在恒定的外磁場下，催化劑本身的飽和磁化強度越高，外磁場對OER性能的增益越明顯。

理論結果表明，γ-Fe₂O₃中Fe和O原子相同的自旋構型提供了一個自旋導通通道，增強了選擇性去除反應物中自旋取向電子的能力，加速了三重態氧分子的積累，從而增強了OER反應活性；同時，這些類鐵磁交換效應避免了任何自旋翻轉步驟，有利于降低動力學勢壘，進一步提高OER反應動力學。

綜上，該項工作不僅為Fe₂O₃的相轉變提供了新的策略，也為理解磁場作用下鐵基電催化劑的OER行為提供了新的視角。

Modulation of the phase transformation of Fe₂O₃ for enhanced water oxidation under a magnetic field. ACS Catalysis, 2024. DOI: 10.1021/acscatal.3c05032