自旋-配位耦合自适应驱动高效硝酸盐向氨转化

《Nature Communications》：Coupled spin-coordination self-adaptation drives efficient nitrate to ammonia conversion

　　## 摘要电化学硝酸盐还原反应（NO?RR）是一种用于可持续生产氨和减轻氮污染的方法，但其效率通常受到迟缓的硝酸盐加氢过程的限制。活性金属的自旋态和配位环境在选择性和反应动力学中起着至关重要的作用，然而，为复杂的多电子NO?RR过程设计电子自适应活性位点仍然具有挑战性。在此，我们报道了一种Fe-N?(PO?)单原子催化剂，该催化剂通过破坏局部对称性，诱发了类似开关的自适应配位变化以及铁自旋态的动态调节，从而在低过电位下实现了高活性。在与可逆氢电极（RHE）相比的?0.56 V电位下，氨产率高达21.96 g mgFe?1 h?1，法拉第效率达到89.8%。原位光谱证实了配位的重新排列和铁自旋态的增加，同时伴随非对称硝酸盐物种的加速消耗。所得到的更高自旋态特征增强了对硝酸盐衍生中间体的反馈电子给予，加速了加氢过程。本研究展示了一种在单原子水平操控自旋态的可行策略，为优化基于铁的催化剂的氨生产提供了机理层面的洞察。