单原子催化剂在磁场增强作用下改变自旋态

基于此，东北大学的研究人员提出了一种全新策略：施加外磁场调节自旋态，从而提升电催化性能。该研究为开发高效可持续的氨生产和废水处理电化学技术提供了宝贵见解。

在电催化领域，传统方法主要聚焦于调整催化剂的化学成分与结构。磁诱导自旋态调节的引入为催化剂设计与性能优化开辟了新维度。该方法通过外磁场调控催化剂的电子自旋态，可精确控制反应中间体的吸附/脱附过程，从而有效降低反应活化能，显著加速反应进程。

"更高效的生产工艺可降低成本，最终可能使肥料、净化水等消费端产品价格下降"，东北大学先进材料研究所(WPI-AIMR)的李浩解释道。

研究采用先进表征技术证实磁场可诱发高自旋态转变，增强硝酸盐吸附能力。理论分析揭示了自旋态转变提升电催化能力的具体机制。在外磁场作用下，Ru-N-C电催化剂展现出优异的NH₃产率（~38 mg L^-1 h^-1）与约95%的法拉第效率，且稳定运行超过200小时。相比完全相同的无磁场催化剂体系，该性能实现了显著提升。

本研究通过探索磁场、自旋态与催化性能的关联机制，深化了对电催化过程的理论认知。同时，实验结果为新型催化剂研发提供了重要参考，为电化学技术的实际应用奠定了坚实基础。

该项研究成果于2025年5月13日发表于《纳米快报》(Nano Letters)。

文章处理费由东北大学资助计划支持。核心研究成果已收录于李浩实验室开发的"数字催化平台(DigCat)"——该平台是目前全球最大的实验与计算催化数据库。