我科学家运用强磁场成功调控化学反应

来源:科技日报  编辑:许燕梅  发布时间:2021年07月14日09:34  

记者日前从中科院合肥物质科学研究院获悉,该院强磁场中心盛志高研究团队,利用稳态强磁场大科学装置SM1超导磁体开展特殊功能材料研究,发现强磁场可以有效调控化学反应的速率、反应路径以及反应产物,相关研究成果日前发表在《物理化学快报》期刊上。

实现对化学反应速率和产物的控制是化学及材料科学领域研究的核心问题。与温度、压力一样,磁场是一种重要的基本热力学参量,可以通过无接触的能量传递方式直接作用于物质的基本组成单元——原子核及核外电子,进而影响物质的物理和化学性质。如能将磁场,尤其是强磁场这一调控维度引入到材料合成的化学反应中去,将很有希望帮助人类发现新奇磁控效应、创造新的物质。

瞄准强磁场调控化学反应与材料合成这一前沿方向,科研人员在前期工作基础上,借助强磁场中心稳态强磁场大科学装置SM1超导磁体及其配套的磁控化学反应合成装备,研究团队对四氧化三锰和二价铁离子之间反应过程的磁控速率、磁控产物等进行了系统性研究。最新的研究结果表明:磁场可以有效加速四氧化三锰和二价铁离子之间的反应,使得利用四氧化三锰和二价铁离子反应制备空心纳米材料的反应速度显著提高,即磁场具有等效催化效果。更为有趣的是,研究团队在国际上首次发现了强磁场能在一定条件下诱导出反应体系中原本隐藏的柯肯达尔效应,即磁场诱导新反应。该新效应被强磁场触发后又被磁场加速,与原本的电置换反应竞争并共同作用于反应体系,进而能有效影响整个化学反应的产物。

这一系列磁控化学反应研究结果,不仅证实了强磁场在化学反应调控中具有不可忽视的重要作用与巨大潜力,并为特种功能材料的磁控合成提供了新的路径与机遇。

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