Høje magnetiske felter styrer både hastighed og produkt af kemiske reaktioner

For nylig, ved hjælp af den SM1 superledende magnet, et stort videnskabeligt apparat med et steady-state højt magnetfelt, forskere udførte forskning i specielle funktionelle materialer og fandt ud af, at høje magnetiske felter effektivt kan regulere hastigheden, reaktionsvej og reaktionsprodukter af kemiske reaktioner. Resultaterne blev offentliggjort i Journal of Physical Chemistry Letters .

Forskningen blev udført af et team af forskere fra High Magnetic Field Laboratory og Institute of Solid State Physics ved Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS), Chinese Academy of Sciences (CAS), og Anhui University.

Kontrol af den kemiske reaktionshastighed og produkter er kernespørgsmålet for forskning inden for kemi og materialevidenskab. Ligesom temperatur og tryk, magnetfeltet er en vigtig grundlæggende termodynamisk parameter, som direkte kan virke på de grundlæggende bestanddele af stof (kerne og ekstranukleære elektroner) gennem ikke-kontakt energioverførsel, derefter påvirke stoffets fysiske og kemiske egenskaber.

"Hvis magnetfeltet, især det høje magnetfelt, kan indføres i den kemiske reaktion af materialesyntese, det vil forhåbentlig hjælpe menneskeheden med at opdage nye magnetroneffekter og skabe nye stoffer, " sagde Prof. Sheng Zhigao, der ledede holdet.

Hvordan vil høje magnetfelter regulere de kemiske reaktioner og materialesyntese? I 2016 holdet fandt Physicsmagnetron Fe ₃ O ₄ magnetisk hulstruktursyntese. To år senere, de opdagede den magnetiske accelerationseffekt af den ikke-magnetiske Si nano hule struktur og den magneto-katalytiske effekt af Zn/CuSO ₄ grundlæggende redoxreaktion. Derefter valgte de den klassiske galvaniske erstatningsreaktion for yderligere at udføre undersøgelsen af ​​magnetrons kemiske reaktion.

Ved hjælp af den SM1 superledende magnet og dens understøttende magnetron-kemiske reaktionssynteseudstyr, forskerholdet gennemførte en systematisk undersøgelse af de magnetiske effekter (magnetronhastighed, magnetronprodukt) af den elektriske forskydningsreaktion mellem Mn ₃ O ⁴ og Fe ₂ ⁺ .

De seneste forskningsresultater viste, at magnetfeltet effektivt kan accelerere den elektriske forskydningsreaktion mellem Mn ₃ O ⁴ og Fe ₂ ⁺ . Som resultat, reaktionshastigheden af ​​Mn ₃ O ⁴ og Fe ₂ ⁺ at forberede hule nanomaterialer er betydeligt øget, det er, magnetfeltet har en tilsvarende katalytisk effekt.

Det er første gang, at forskere fandt en skjult Kirkendall-effekt, der kunne induceres af et stærkt magnetfelt i reaktionssystemet, det er, et magnetfelt inducerede en ny reaktion.

Denne nye effekt blev udløst af et højt magnetfelt og derefter accelereret af et magnetfelt, konkurrerer med den oprindelige elektriske forskydningsreaktion og virker sammen på reaktionssystemet, derved effektivt påvirke produktet af hele den kemiske reaktion.

"Resultaterne af denne serie af undersøgelser af magnetronkemiske reaktioner bekræftede ikke kun, at høje magnetiske felter spiller en vigtig rolle og stort potentiale i reguleringen af ​​kemiske reaktioner, men gav også nye veje og muligheder for magnetronsyntese af specielle funktionelle materialer, " sagde prof. SHENG.