磁場重構水分子結構，大幅提升產氫效率

圖片：通過振動斯塔克效應驅動的磁場界麵羥基化反應促進堿性析氫反應

在加速邁向清潔能源的重大突破中，研究人員展示了一種強有力的新方法，可通過磁場重構水的分子結構，顯著增強氫析出反應（HER）的效率。該研究成果已發表在《JACS Au》期刊上。研究表明
，將水暴露在1特斯拉（T）的磁場中
，會引發氫鍵網絡的微妙但深遠的變化，從而顯著提升堿性電解過程中的產氫性能。

與以往依賴於改善質量傳輸的磁流體動力學（MHD）方法不同
，該研究專注於界麵水分子在分子層麵的重構。研究團隊利用振動斯塔克效應（VSE），增強了不對稱鍵合的四麵體水分子（被稱為DDAA水）的占比，這種結構在HER過程中可支持更快的電子轉移和質子供應。在工業堿性條件下，該策略使析氫過電位降低了50毫伏，電流密度提高了15.4%。

“我們的方法超越了傳統的外場調控技術，”共同通訊作者王東表示，“它直接重塑了催化界麵的氫鍵網絡，這是加速質子耦合電子轉移的關鍵。”

通過原位拉曼光譜、^17O核磁共振

、紫外-可見光譜以及分子動力學模擬，研究人員觀察到磁場誘導水分子轉變為更弱的鍵合構型。尤其是DDAA型結構
，有助於更快的質子交換，並改善催化劑表麵氫氧化物水合絡合物的形成。磁場通過洛倫茲力與VSE調節分子間相互作用

，改變振動頻率和氫鍵角度。

“關鍵在於認識到，水中的弱氫鍵可以通過穩定的磁場進行調控，從而降低HER中的能壘
，”論文資深作者王誌指出。

研究團隊使用磁化水製備氫氧化鉀（KOH）dianjieye
，bingzaibodianjigouchengdedianhuaxuedianchizhongjinxingceshi。jieguobiaoming，cichulihoudedianjieyejuyougengdidedianhezhuanyidianzu，bingxianzhuzengqiangledianjibiaomiandeqingxifunengli。gaixiaoyingchixuchaoguo10小時
，顯示出磁場誘導的水結構變化具有良好的長期穩定性。

此外，在一個額定產氫能力為2 Nm³/h的中試規模電解池中進行驗證實驗時
，研究人員觀察到HER電(dian)流(liu)密(mi)度(du)的(de)持(chi)續(xu)上(shang)升(sheng)
，進(jin)一(yi)步(bu)驗(yan)證(zheng)了(le)該(gai)方(fang)法(fa)的(de)工(gong)業(ye)可(ke)行(xing)性(xing)。作(zuo)者(zhe)認(ren)為(wei)，這(zhe)種(zhong)磁(ci)場(chang)處(chu)理(li)策(ce)略(lve)還(hai)可(ke)拓(tuo)展(zhan)至(zhi)其(qi)他(ta)以(yi)界(jie)麵(mian)水(shui)為(wei)關(guan)鍵(jian)因(yin)素(su)的(de)電(dian)催(cui)化(hua)體(ti)係(xi)
，如(ru)氧(yang)析(xi)出(chu)反(fan)應(ying)和(he)CO₂還原反應等。

該研究代表了一種可普適
、可擴展的分子層麵電催化界麵工程方法
，是氫能脫碳進程中的重要進展。

來源：

材料提供：美國化學會（ACS）。注：內容可能根據風格與篇幅有所編輯。

論文標題：
Magnetic Field-Driven Interface Hydroxylation via the Vibrational Stark Effect Boosts Alkaline Hydrogen Evolution Reaction

作者：
Xiayan Yao, Jianwei Guo, Zhi Wang, Guoyu Qian, XiangYu Wang, Dong Wang, Xuzhong Gong

發表期刊：
JACS Au, Article ASAP
DOI: 10.1021/jacsau.5c00585

期刊引用格式：
Yao, X., Guo, J., Wang, Z., Qian, G., Wang, X., Wang, D., Gong, X. (2025). Magnetic Field-Driven Interface Hydroxylation via the Vibrational Stark Effect Boosts Alkaline Hydrogen Evolution Reaction. JACS Au. DOI: 10.1021/jacsau.5c00585

翻譯人：沈亞皓

來源：https://fuelcellsworks.com/2025/08/07/electrolyzer/magnetic-field-restructures-water-molecules-to-dramatically-boost-hydrogen-production-efficiency