Solar‐Driven Spin‐State Optimization in Co‐Based Catalysts for Enhanced Photothermal Ammonia Synthesis
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ABSTRACT Spin‐state engineering of active sites represents a key strategy for boosting catalytic performance, as demonstrated in thermal ammonia synthesis. However, conventional promoter‐mediated ground‐state spin modulation is inherently limited by the electronic structure of the catalyst, imposing a ceiling on achievable spin tuning efficacy and hindering further advances. In this work, we developed a series of cobalt (Co) nanoparticle‐based catalysts for photothermal ammonia synthesis. By introducing Ru single atom into the Co nanoparticles, along with the addition of barium as a promoter, spin‐state engineering of Co nanoparticles was optimized under light irradiation, boosting the production rate by 3 times compared to thermal catalytic conditions. In‐situ characterization studies revealed that the hot electrons accumulate on the catalyst surface and shift the Co active sites toward a lower‐spin configuration. Supported by density functional theory (DFT) calculations, we demonstrate that this light‐induced spin state change modulates the electronic interaction between Co and N 2 , weakening the N≡N bond and lowering its dissociation energy barrier, thereby facilitating N 2 activation. This work demonstrates that spin regulation in Co‐based catalysts is an innovative design principle for developing more efficient photothermal catalysts for ammonia synthesis and other applications.
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Le contrôle bibliographique ouvert
DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.
- Titre Crossref
- Solar‐Driven Spin‐State Optimization in Co‐Based Catalysts for Enhanced Photothermal Ammonia Synthesis
- Date Crossref
- 10/09/2026
- Éditeur
- Wiley
- Type
- journal-article
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Où se fait cette recherche
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State Key Laboratory of Chemical Resource Engineering pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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Beijing University of Chemical Technology pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Zhejiang Energy Research Institute pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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Zhejiang Energy Group (China) pays non établi dans la noticeEntreprise
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Quzhou University pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Qinghai University pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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University of Auckland pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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State Key Laboratory of Clean Energy Utilization College of Energy Engineering Zhejiang University Hangzhou China pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Quzhou Institute for Innovation in Resource Chemical Engineering Quzhou Zhejiang China pays non établi dans la noticeStructure de recherche
State Key Laboratory of Chemical Resource Engineering, Beijing University of Chemical Technology et Zhejiang Energy Research Institute, avec 6 autres affiliations.
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