碳材料催化因其资源丰富、成本低廉、稳定性好等优势，在绿色催化领域备受关注。碳材料中存在的本征缺陷和杂原子可产生局域电子自旋，这些自旋中心可能参与催化反应，但电子自旋与催化活性之间的内在关联机制尚不清楚。从电子层面阐明碳材料中的自旋催化过程，对于开发高效碳基催化剂具有重要的理论指导意义。

清华大学化学系曹化强教授团队研究了通过自下而上方法合成的类石墨烯纳米网状催化剂对苯乙烯选择性催化氧化为苯甲醛的反应，详细阐述了氧气的引入与碳材料电子自旋的相互作用。

针对该团队对于催化剂结构确证及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。固体核磁技术为类石墨烯纳米网状材料的结构确立提供了数据支持；连续波电子顺磁共振结合自旋捕获实验，成功鉴别了反应中短寿命的自由基中间体物种；脉冲电子顺磁共振技术揭示了自旋作用机制，为自旋催化理论的阐明提供了有力支撑。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，全面阐明了碳自旋催化的分子机制。

该成果以“Carbon-spin-catalyzed selective oxidation of styrene”为题发表在Materials Today（doi.org/10.1016/j.mattod.2025.11.007）上。

图1 清华大学化学系曹化强教授团队“碳自旋催化”研究成果截图