单原子催化剂在受到磁场的推动下会改变自旋态
催化剂的工作是最终加快反应速度，这可以将长达一小时的过程缩短到几分钟。 最近研究表明，使用外部磁场来调节单原子催化剂 （SAC） 的自旋态非常有效——将析氧反应磁电流提高惊人的 2,880%。 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，以施加外部磁场来调制自旋态，并且从而提高电催化性能。 本研究为开发用于氨生产和废水处理的高效和可持续的电化学技术提供了宝贵的见解。 在电催化领域，传统方法主要集中在调整催化剂的化学成分和结构上。 磁诱导自旋态调制的引入为催化剂设计和性能改进提供了新的维度。 它涉及通过外部磁场调节催化剂的电子自旋态，可以精确控制反应中间体的吸附和解吸过程，从而有效降低反应的活化能，使其进行得更快。 “更高效的生产过程可以降低成本，这可能会转化为消费者层面的化肥和处理水等产品的价格降低，”东北地区的 Hao Li 解释说大学材料研究所 （WPI-AIMR）。 该研究使用先进的表征技术证明磁场导致向高自旋状态转变，从而改善了硝酸盐吸附。 理论分析还显示了为什么自旋态转变可以提高电催化能力的特定机制。 当暴露于外部磁场时，Ru-N-C 电催化剂表现出高 NH3 产率 （~38 mg L-1h-1） 和法拉第效率为 ~95%，持续 200 小时以上。 与完全相同的催化剂相比，这是一个显著的改进，但没有外部磁场的推动。 最终，这项工作通过探索磁场、自旋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型催化剂的开发提供了参考，为催化剂的开发奠定了坚实的基础。电化学技术实际应用的基础。 研究结果于 2025 年 5 月 13 日发表在 Nano Letterson 上。 APC 费用由东北大学支持计划支持。 这项研究的主要发现可以在数字催化平台 （DigCat） 上找到，这是由 Hao Li 实验室开发的迄今为止最大的实验和计算催化数据库。