碳基光催化材料因其资源丰富、环境友好、结构可调等优势，在太阳能转化与环境治理领域展现出广阔的应用前景。碳材料中存在的本征缺陷和杂原子可产生局域电子自旋，这些顺磁中心可能参与光催化反应过程，但异质原子如何调控自旋态、自旋中心与光催化活性之间的内在关联机制尚不清楚。从电子自旋层面阐明碳基材料的催化机制，对于设计高效光催化剂具有重要的理论指导意义。

清华大学化学系朱永法教授和曹化强教授团队通过氮原子工程化策略，在碳材料中构建顺磁中心，系统研究了自旋介导的光催化过程，为碳基材料的自旋催化机制提供了新见解。

针对该团队对于材料结构确证及光催化反应机理解析的研究需求，有机分析平台提供了系统的核磁与顺磁技术支持。固体核磁共振技术为氮工程化碳材料的精细结构确认提供了可靠的谱学证据；连续波电子顺磁共振结合自旋捕获实验，成功鉴别了光催化反应中的自由基路径，为反应机理的判定提供了直接的实验依据；脉冲电子顺磁共振技术则深入揭示了自旋相互作用机制及自旋中心的空间分布特征，为构建自旋催化理论体系提供了有力支撑。多维度磁共振技术的综合应用，从原子结构、反应中间体到电子自旋态等多个层面，全面阐明了氮工程化碳顺磁中心的自旋介导光催化分子机制。

该成果以“Nitrogen Engineered Carbon Paramagnetic Centers for Spin-Mediated Photocatalysis”为题发表在J.Am.Chem.Soc（doi.org/10.1021/jacs.5c21075）。

图1 清华大学化学系朱永法教授和曹化强教授团队光催化研究成果截图