电子顺磁共振（EPR）是一种基于未配对电子自旋的非破坏性光谱技术，自从70多年前叶夫根尼·扎沃夫斯基在自制光谱仪上记录了铜和锰的第一个EPR光谱以来，到现在已经渗透到科学的各个方面，影响着许多化学过程。
EPR的基本概念就是利用电磁波与含有未配对电子的顺磁性物质相互作用时产生的共振现象。未配对电子在外部磁场中会因自旋-轨道分裂而分裂能级，当电磁波的频率与这种分裂能级的差值相匹配时，就会发生共振，从而产生EPR信号。
EPR信号由未配对电子的自旋状态决定，其特性包括Zeeman分裂（由外部磁场引起）、超精细相互作用（电子与核之间的耦合）以及双电子耦合（多个未配对电子之间的相互作用）等。
EPR技术的优势在于与其他技术相比，它对分子中的许多成对电子视而不见。因此，可以获得关于具有未配对电子的中心及其与环境相互作用的具体信息。
表面化学与异质催化：EPR被广泛用于研究表面活性物质、催化剂表面缺陷以及金属氧化物表面反应。
如下图所示（10.1021/acscatal.5c00547），作者根据多步合成策略，合成出了具有丰富氧空位Pt/WOx/Nb2O5催化剂（简称PtWNb）用于在高浓度甘油溶液中，选择性断裂甘油的次级羟基（C2-OH），并通过EPR测试直接观察到了催化剂中氧空位的存在，同时与未存在明显氧空位信号的样品进行了对比实验，充分说明了氧空位促进了样品对甘油的选择性吸附，显著提升了甘油氢解的效率。
水处理领域：在水处理领域，高级氧化技术因能产生强氧化性活性物种（如自由基），可高效降解有机污染物，是领域的前沿研究热点，而EPR在这个领域也被广泛应用。
如下图所示（Water Research, 2022, 221, 118747），作者搭建了原位EPR装置，不同活化体系的自由基进行鉴定，应用5,5-二甲基-1-吡咯啉-N-氧化物（DMPO）作为捕获剂，通过超精细分裂耦合常数精准识别生成的自由基的差异，给出了高级氧化系统中常见自由基的标准EPR谱图。
结合性能实验，DFT分析等探明了自由基的生成机制，为后续所有的光激发高级氧化体系提供了理论指导。
电化学领域：在电化学领域，EPR可以通过观察电化学反应过程中的反应行为，揭示反应机制，如下图所示（10.1021/jacs.5c04802），作者通过调控反应体系，揭示了甲烷和氨耦合氧化反应的机制，在氨溶液中检测到NH2中间体的生成，而在通入甲烷后，NH2中间体被消耗，用于甲烷的活化。
结合其他表征共同揭示了NH2中间体在甲烷活化和甲胺生成中的关键作用，并提出了详细的反应机制。
生物领域：EPR在生物医学和生物化学领域同样具有广泛的应用，生物硫醇（RSHs）、硫化氢（H2S）和过硫化物（RSSHs）等活性硫物种（RSS）在诸多生理、病理过程中起着关键作用，而用于快速区分性定量检测这些活性RSS物种的表征并不多。
作者通过研发的新型电子顺磁共振（EPR）探针CT02-TNB和OX-TNB，突破性地实现了单一探针对过硫化物、生物硫醇和硫化氢等多组分活性硫的同步区分性定量检测，为阐释内源性RSS的复杂关系和生物学功能提供了可靠检测手段（10.1021/jacs.4c10266）。
电子顺磁共振技术因其高灵敏度和非破坏性特点，在多个领域展现了广泛的应用潜力。
从化学反应机制的研究到生物医学诊断，再到能源材料的开发，EPR技术为科学家们提供了一种强大的工具，帮助揭示复杂系统中的微观动态和结构信息。随着技术的进步，EPR在未来的科学研究中将继续发挥重要作用。