单原子催化剂在磁场增强时会改变自旋态

基于此，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，传统方法主要集中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提升提供了新维度。该技术通过外部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与脱附过程，从而有效降低反应活化能，使反应更快进行。

东北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）的李浩解释道："更高效的生产工艺可降低成本，最终可能使化肥、处理后水等消费品在终端用户层面获得更低价格。"

研究采用先进表征技术证实磁场可促使催化剂向高自旋态转变，从而改善硝酸盐吸附。理论分析亦阐明了自旋态转变增强电催化能力的具体机制。在外部磁场作用下，钌-氮-碳（Ru-N-C）电催化剂展现出优异的氨产率（约38 mg L^-1 h^-1）和约95%的法拉第效率，且稳定运行超过200小时。相较未施加磁场辅助的相同催化剂，性能获得显著提升。

最终，本研究通过探索磁场、自旋态与催化性能之间的关系，深化了电催化的理论认知。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）。

文章处理费由东北大学资助计划支持。本研究核心发现已收录于数字催化平台（DigCat）——该平台由李浩实验室开发，是目前最大的实验与计算催化数据库。