单原子催化剂在磁场驱动下改变自旋态

基于此，日本东北大学研究人员提出了一种全新策略——施加外部磁场调控自旋态，从而提升电催化性能。该研究为开发高效可持续的氨生产与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化学成分与结构。磁场诱导自旋态调控的引入为催化剂设计与性能提升开辟了新维度。该方法通过外部磁场调控催化剂电子自旋态，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，大幅加速反应进程。

东北大学先进材料研究所（WPI-AIMR）的李浩解释道："更高效的生产工艺可降低成本，最终可能使肥料和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促使催化剂向高自旋态转变，从而增强硝酸盐吸附能力。理论分析还揭示了自旋态转变提升电催化能力的具体机制。在外部磁场作用下，Ru-N-C电催化剂展现出优异的氨产率（约38 mg L^-1 h^-1）并持续200小时保持约95%的法拉第效率。相较于完全相同的无磁场辅助催化剂，该性能实现了显著提升。

此项工作通过探究磁场、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化催化平台（DigCat）——该平台是目前全球最大的实验与计算催化数据库。