Os catalisadores de átomos únicos mudam de estado de rotação quando impulsionado por um campo magnético

O trabalho de um catalisador é acelerar as reações, o que pode reduzir um processo de uma hora em vários minutos. Recentemente, foi demonstrado que o uso de campos magnéticos externos para modular estados de rotação de catalisadores de átomos únicos (SACs) é altamente eficaz-aprimorando a reação de evolução do oxigênio magnetocorrente por um impressionante 2.880%.

Com isso em mente, os pesquisadores da Universidade de Tohoku propuseram uma estratégia completamente nova para aplicar um campo magnético externo para modular estados de spine assim melhorar o desempenho eletrocatalítico.

O estudo, publicado em Nano Cartasfornece informações valiosas sobre o desenvolvimento de tecnologias eletroquímicas eficientes e sustentáveis ​​para a produção de amônia e tratamento de águas residuais.

No campo da eletrocatálise, os métodos tradicionais se concentram principalmente em ajustar o Composição química e estrutura de catalisadores.

A introdução da modulação do estado de rotação induzido por magnéticos fornece uma nova dimensão para o design do catalisador e Melhoria de desempenho. Envolve a regulação do estado de rotação eletrônica do catalisador através de um campo magnético externo, que pode controlar com precisão os processos de adsorção e dessorção dos intermediários da reação, reduzindo efetivamente a energia de ativação da reação e permitindo que ela prossiga mais rapidamente.

“Processos de produção mais eficientes podem reduzir custos, o que pode se traduzir em preços mais baixos para produtos como fertilizantes e água tratada no nível do consumidor”, explica Hao Li do Instituto Superior de Pesquisa de Materiais da Universidade de Tohoku (WPI-AIMR).

O estudo utilizou técnicas de caracterização avançada para provar que o campo magnético causa a transição para um estado de alta rotação, o que melhora a adsorção de nitrato.

O Análise teórica Também mostra a mecânica específica de por que a transição do estado de rotação melhora a capacidade eletrocatalítica. Quando exposto a um campo magnético externo, o eletrocatalisador RU-NC demonstrou um alto NH₃ taxa de rendimento (~ 38 mg l^-1 h^-1) e uma eficiência faradaica de ~ 95% por mais de 200 horas.

Isso representa uma melhoria significativa em comparação com o mesmo catalisadormas sem um impulso de um campo magnético externo.

Por fim, este trabalho enriquece nossa compreensão teórica da eletrocatálise, explorando a relação entre campos magnéticos, estados de spin e desempenho catalítico.

Ao mesmo tempo, os resultados experimentais oferecem uma referência para pesquisas futuras e o desenvolvimento de novos catalisadores, estabelecendo uma base sólida para a aplicação prática de tecnologias eletroquímicas.

As principais conclusões deste estudo estão disponíveis na plataforma de catálise digital (Digcat), o maior banco de dados de catálise experimental e computacional até o momento, desenvolvida pelo Hao Li Lab.