研究人员提出了一种新颖的策略，利用磁场提高单原子催化剂的效率，从而加速用于氨生产和废水处理的有益反应。
催化剂的任务最终是加速反应，这可以将一个小时的过程缩短为几分钟。最近已经证明，使用外部磁场来调节单原子催化剂(SACs)的自旋状态是非常有效的，增强氧气演化反应的磁电流高达2880%。
考虑到这一点，东北大学的研究人员提出了一种全新的策略，即应用外部磁场来调节自旋状态，从而改善电催化性能。这项研究为氨生产和废水处理高效、可持续的电化学技术的发展提供了宝贵的见解。
在电催化领域，传统方法主要集中在调整催化剂的化学成分和结构。引入磁诱导自旋状态调制为催化剂的设计和性能改善提供了新维度。它通过外部磁场调节催化剂的电子自旋状态，能够精确控制反应中间体的吸附和脱附过程，从而有效降低反应的活化能，使其得以更快进行。
东北大学先进材料研究所(WPI-AIMR)的李浩解释说：“更高效的生产过程可以降低成本，这可能转化为消费者层面肥料和处理水等产品的更低价格。”
研究使用先进的表征技术证明，磁场导致转变为高自旋状态，从而改善硝酸盐的吸附。理论分析还表明自旋状态转变如何改善电催化能力的具体机制。当暴露于外部磁场时，Ru-N-C电催化剂表现出高达~38 mg L-1 h-1的NH3产率，以及超过200小时的法拉第效率为~95%。这相比于没有外部磁场增强的完全相同的催化剂是一个显著的提升。
最终，这项工作通过探索磁场、自旋状态和催化性能之间的关系，丰富了我们对电催化的理论理解。同时，实验结果为未来的研究和新催化剂的发展提供了参考，为电化学技术的实际应用奠定了坚实基础。
该研究的发现已于2025年5月13日发表在Nano Letters上。
APC费用得到了东北大学支持计划的支持。本研究的关键发现可以在数字催化平台(DigCat)上获得，这是由李浩实验室开发的迄今为止最大的实验和计算催化数据库。
