近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心盛志高團(tuán)隊(duì)利用穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)大科學(xué)裝置SM1超導(dǎo)磁體開(kāi)展特殊功能材料研究，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)磁場(chǎng)能夠有效調(diào)控化學(xué)反應(yīng)的速率、反應(yīng)路徑以及反應(yīng)產(chǎn)物，相關(guān)研究成果發(fā)表在Journal of Physical Chemistry Letters上。

　　實(shí)現(xiàn)對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率和產(chǎn)物的控制是化學(xué)及材料科學(xué)領(lǐng)域研究的核心問(wèn)題。與溫度、壓力一樣，磁場(chǎng)是一種重要的基本熱力學(xué)參量，可以通過(guò)無(wú)接觸的能量傳遞方式直接作用于物質(zhì)的基本組成單元——原子核及核外電子，進(jìn)而影響物質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)。如能夠?qū)⒋艌?chǎng)，尤其是強(qiáng)磁場(chǎng)這一調(diào)控維度引入到材料合成的化學(xué)反應(yīng)中去，將很有希望幫助學(xué)界發(fā)現(xiàn)新奇磁控效應(yīng)、創(chuàng)造新的物質(zhì)。

　　瞄準(zhǔn)強(qiáng)磁場(chǎng)調(diào)控化學(xué)反應(yīng)與材料合成這一前沿方向，合肥研究院強(qiáng)磁場(chǎng)中心與中科院合肥研究院固體物理研究所、安徽大學(xué)組成聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，繼于2016年發(fā)現(xiàn)磁控Fe3O4磁性空心結(jié)構(gòu)合成[CrystEngComm. 18, 6134(2016)]、2018年發(fā)現(xiàn)無(wú)磁Si納米空心結(jié)構(gòu)的磁加速效應(yīng)[CrystEngComm, 20, 710(2018)]和Zn/CuSO4基礎(chǔ)氧化還原反應(yīng)的磁催化效應(yīng)[J. Phys. Chem. C 122, 21543(2018)]之后，選取經(jīng)典的電置換化學(xué)反應(yīng)（Galvanic Replacement reaction），進(jìn)一步開(kāi)展了磁控化學(xué)反應(yīng)研究。

　　借助強(qiáng)磁場(chǎng)中心穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)大科學(xué)裝置SM1超導(dǎo)磁體及其配套的磁控化學(xué)反應(yīng)合成裝備，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)Mn3O4和Fe2+之間反應(yīng)過(guò)程的磁控速率、磁控產(chǎn)物等進(jìn)行了系統(tǒng)研究。最新的研究結(jié)果表明，磁場(chǎng)能夠有效加速M(fèi)n3O4和Fe2+之間的反應(yīng)，使得利用Mn3O4和Fe2+反應(yīng)制備空心納米材料的反應(yīng)速度顯著提高，即磁場(chǎng)具有等效催化效果。此外，研究團(tuán)隊(duì)還在國(guó)際上首次發(fā)現(xiàn)了強(qiáng)磁場(chǎng)可在一定條件下誘導(dǎo)出反應(yīng)體系中原本隱藏的柯肯達(dá)爾效應(yīng)（Kirkendall Effect），即磁場(chǎng)誘導(dǎo)新反應(yīng)。該新效應(yīng)被強(qiáng)磁場(chǎng)觸發(fā)后又被磁場(chǎng)加速，與原本的電置換反應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)并共同作用于反應(yīng)體系，進(jìn)而能夠有效影響整個(gè)化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物。

　　這一系列磁控化學(xué)反應(yīng)研究結(jié)果不僅證實(shí)了強(qiáng)磁場(chǎng)在化學(xué)反應(yīng)調(diào)控中具有重要作用和巨大潛力，并為特種功能材料的磁控合成提供了新的路徑與機(jī)遇。研究工作獲得國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金，中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目、強(qiáng)磁場(chǎng)安徽省實(shí)驗(yàn)室方向基金的支持。

強(qiáng)磁場(chǎng)調(diào)控電置換反應(yīng)（GR）和柯肯達(dá)爾效應(yīng)（KE）的示意圖