单原子催化剂在磁场作用下增强时改变自旋态

基于此，日本东北大学的研究人员提出了一种全新的策略：施加外部磁场以调控自旋态，从而提升电催化性能。该研究为开发高效、可持续的氨制备和废水处理电化学技术提供了宝贵的见解。

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和结构。磁诱导自旋态调控的引入为催化剂设计与性能优化开辟了新维度。该方法通过外部磁场调控催化剂的电子自旋态，可精准控制反应中间体的吸附与脱附过程，从而有效降低反应活化能，加速反应进行。

东北大学材料研究所高等研究院（WPI-AIMR）的李浩解释道："更高效的生产工艺能降低成本，最终可使肥料、净化水等消费端产品价格下降。"

研究采用先进表征技术证实磁场可引发高自旋态转变，从而增强硝酸盐吸附。理论分析亦揭示了自旋态转变提升电催化能力的具体机理。在外部磁场作用下，Ru-N-C电催化剂展现出优异的NH₃产率（约38 mg L^-1 h^-1）和持续超过200小时约95%的法拉第效率。相较未施加磁场的同种催化剂，其性能获得显著提升。

该工作通过探究磁场、自旋态与催化性能间的关联机制，深化了电催化理论认知。同时，实验结果为未来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。

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

论文出版费由东北大学资助计划支持。关键研究成果发布于李浩实验室开发的全球最大实验与计算催化数据库——数字催化平台（DigCat）。