维度网讯，柏林亥姆霍兹材料与能源中心（HZB）的马塞尔·里施博士（Dr Marcel Risch）与科隆大学的桑杰·马图尔教授（Prof. Dr Sanjay Mathur）领导的研究团队通过磁场辅助合成方法，成功提升了钴铁氧体（CoFe₂O₄）薄膜催化剂在硝酸盐电化学转化为氨过程中的效率和选择性。这项研究为传统高能耗的哈伯-博世法提供了一种可持续替代方案。

氨合成是化工和农业肥料生产的关键环节，但传统的哈伯-博世法消耗全球1%至2%的能源，并贡献近1%的温室气体排放。基于硝酸盐电化学转化的新方法成为一种有前景的替代路径，尤其能利用集约化农业中产生的有害浆液。然而，该过程需要高效催化剂来抑制氢和含氮副产物的生成，尖晶石过渡金属氧化物如CoFe₂O₄薄膜被认为具有巨大潜力。

研究人员在催化剂合成过程中施加外部磁场后发现，这可以极大改善其性能。具体实验中，在1特斯拉磁场下制备的CoFe₂O₄薄膜表现最佳：与无磁场条件下制备的相同材料相比，氨产量增至三倍。同时，该催化剂与同样在1特斯拉磁场下合成的纯氧化铁Fe₃O₄-1T相比，氨产量高出22倍，表明钴在硝酸盐还原中发挥了决定性作用。密度泛函理论（DFT）计算证实，钴抑制了竞争性的析氢反应并促进硝酸盐转化。分析显示，磁场稳定了催化剂中八面体位点上的催化活性Co²⁺离子，从而降低了硝酸盐还原的动力学势垒。

值得注意的是，磁场仅在薄膜生长过程中施加，在后续无需外加磁场的电化学操作中，这些改进效果仍然持续。扫描电子显微镜图像表明，合成过程中的磁场越强，CoFe₂O₄薄膜表面越粗糙，从而提供了更大的反应表面积。研究团队希望这一成果能推动对磁场辅助策略在电催化剂定制领域的更广泛探索。

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