摘要：研究人员提出了一种使用磁场来提高单原子催化剂效率的新策略，从而加快了用于氨生产和废水处理的有用反应。...
催化剂的工作是最终加快反应，这可以将一个小时的过程减少到几分钟。最近已经显示，使用外部磁场来调节单原子催化剂（SAC）的自旋态非常有效 - 通过惊人的2,880％增强了氧气进化反应磁电流。
考虑到这一点，Tohoku大学的研究人员提出了一种完全新颖的策略，以应用外部磁场来调节自旋状态，从而改善了电催化性能。这项研究提供了有关开发用于氨生产和废水处理的有效和可持续电化学技术的宝贵见解。
在电催化领域，传统方法主要集中于调整催化剂的化学组成和结构。引入磁引起的自旋状态调制为催化剂设计和性能改进提供了一个新的维度。它涉及通过外部磁场调节催化剂的电子自旋态，这可以精确控制反应的吸附和解吸过程，从而有效地降低了反应的激活能并使其更快地进行。
“更有效的生产过程可以降低成本，这可能会转化为诸如肥料和消费者水平处理水的产品的价格较低，” Toohoku大学高级材料研究所（WPI-AIMR）的Hao Li解释说。
该研究使用先进的特征技术证明磁场会导致过渡到高自旋状态，从而改善了盐的吸附。理论分析还表明了自旋状态过渡改善电催化能力的特定力学。当暴露于外部磁场时，Ru-N-C电催化剂显示出高NH3收益率（〜38 mg l-1h-1），法拉第效率约为95％，超过200个小时。与完全相同的催化剂相比，这代表了显着的改进，但没有外部磁场的提升。
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来丰富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的基础。
调查结果发表在纳米字母2025年5月13日。
APC费用得到了Tohoku大学支持计划的支持。这项研究的主要发现可在数字催化平台（DIGCAT）上获得，这是Hao Li Lab开发的最大的实验和计算催化数据库。
