综述：外磁场增强光催化性能的研究进展

这篇综述系统阐述了外磁场（EMF）与光催化（PC）耦合的最新研究进展，重点探讨了洛伦兹力、自旋极化（SP）和自由基对（RP）机制等理论，并分析了磁场对电子-空穴分离、自由基寿命及催化剂性能的影响机制，为开发高效磁响应光催化体系提供了理论指导。

　　

外磁场增强光催化性能的研究进展

引言

光催化技术虽在环境修复（如污染物降解）和能源转化（如水分解、CO₂还原）中广泛应用，但其效率受限于光生载流子的快速复合。近年研究发现，外磁场（EMF）可通过多种机制显著提升光催化性能，包括调控电子自旋态、延长自由基寿命及促进反应物传质。

洛伦兹力效应

洛伦兹力（$$F=qv×B）通过驱动带电粒子定向运动抑制电子-空穴复合。例如，TiO₂纳米带在磁场下降解甲基橙的效率提升26%，归因于磁场与搅拌协同作用增强了载流子分离。磁性催化剂如CoFe₂O₄/MoS₂在1500Oe磁场下对刚果红的降解率达96.6%，其机制还涉及磁场促进反应物吸附。

自旋极化机制

自旋极化（SP）理论认为，磁场可调控电子自旋态（↑/↓），通过泡利不相容原理抑制复合。例如，Ti空位修饰的TiO₂在磁场下表现出增强的自旋极化，而COF-367-Co催化剂中Co^III（S=1/2）比Co^II（S=0）更利于CO₂还原为HCOOH。此外，α-Fe₂O₃/rGO的负磁阻效应（MR）使RhB降解效率提升1.75倍。

自由基对机制

磁场通过塞曼效应（Zeeman effect）分裂三重态（T₊/T₀/T_-），抑制单重态-三重态转换，从而延长羟基自由基（·OH）等活性物种寿命。荧光光谱显示，磁场下7-羟基香豆素的荧光衰减减缓，证实·OH寿命延长。

表征技术挑战

自旋态检测依赖电子顺磁共振（EPR）和隧道结器件，但原位磁场下的载流子动力学分析仍受限。自制光电导装置可观测磁场对Pt/TiO₂中电子-空穴复合的抑制，但设备复杂度高。

展望

未来需结合原位表征（如时间分辨光谱）阐明磁场与微观机制的定量关系，并开发低能耗集成系统。多场耦合（如光-磁-电）和拓扑绝缘体材料或将成为突破方向。