Связанная самоадаптация спина и координации обеспечивает эффективное превращение нитрата в аммиак

Электрохимическая реакция восстановления нитрата (NO3RR) представляет собой перспективный подход к устойчивому производству аммиака и снижению азотного загрязнения, однако ее эффективность часто ограничивается низкой скоростью гидрирования нитрата. Спиновое состояние и координационное окружение активного металла играют ключевую роль в селективности и кинетике реакции, однако разработка электронно-адаптивных активных центров для сложного многоэлектронного процесса NO3RR остается трудной задачей. В настоящей работе сообщается об одноатомном катализаторе Fe–N3(POX), который нарушает локальную симметрию, вызывая переключаемую адаптивную координацию и динамическую настройку спинового состояния Fe, что обеспечивает высокую активность при низких перенапряжениях; скорость выхода аммиака составляет 21,96 г мгFe−1 ч−1, а фарадеевская эффективность — 89,8% при −0,56 В относительно обратимого водородного электрода (RHE). Исследования методом in situ-спектроскопии подтверждают реорганизацию координации и повышение спинового состояния Fe, сопровождающееся ускоренным расходованием асимметричных нитратных частиц. Возникающий более выраженный вклад высокоспинового состояния усиливает обратное донорство электронов на промежуточные частицы, производные нитрата, и ускоряет гидрирование. Это исследование демонстрирует перспективную стратегию управления спиновыми состояниями на одноатомном уровне и дает механистическое понимание оптимизации производства аммиака на катализаторах на основе Fe.