析氧反应（OER）是太阳能水分解、可充电金属-空气电池、可再生燃料电池、电解水制氢等技术的关键反应之一，其缓慢的动力学过程制约了反应效率的提升。近年来，开发更高活性的OER催化剂成为材料、化学和能源领域的研究热点之一。
相比价格高昂的贵金属催化剂，实用价值更高的3d过渡金属族氧化物具有更为丰富的电子学自由度去调控OER反应过程的动力学，如可利用过渡金属离子本征的eg占据态去调控金属离子和氧基团的键合强度，进而影响3d过渡金属族氧化物的催化活性，也可利用外加的电场、光场去调控电子的浓度、迁移率去提升OER的反应效率。
而通过磁场提高OER反应效率作为新的调控途径最近得到了广泛关注，如何调控OER反应过程中电子的自旋态，并揭示其对OER动力学过程的作用机制，成为研究者重点关注的关键科学问题。
中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心N04组杨海涛副研究员和新加坡南洋理工大学的徐梽川教授近几年一直致力于自旋极化对电催化性能的调控研究，并取得了一些有意义的研究成果。如通过实验和理论计算分析了NixFe1-xOOH的局域自旋构型，提出了水的氧化和还原反应与电子自旋具有相关性，自旋取向的电子转移能够开启过渡金属氧化物在OER过程中的关键反应。
近期，该联合研究团队的任肖（博士后）、邬天泽（博士生）、孙源淼（博士生）等在杨海涛副研究员和徐梽川教授指导下利用Co基3d过渡族氧化物在磁场作用下成功实现了自旋极化电子的调控和对OER反应效率的提升。基于OER反应的四步动力学机制，揭示了自旋极化电子作用于OER反应的第一步电子转移过程。通过自旋极化电子的交换作用主导了三线态O2分子的产生，为外磁场对铁磁催化剂OER活性的影响提供了新的认识。
该工作提出了OER过程中活性位上总自旋守恒的重要概念，它可以通过量子自旋交换相互作用来优化反应动力学，为理解和设计具有自旋极化关联效应的OER催化剂提供了重要的参考价值。相关结果以“Spin-polarized oxygen evolution reaction under magnetic field”为题发表在Nature Communications. 12, 2608 (2021)上。
任肖为第一作者，杨海涛副研究员和新加披南洋理工大学的徐梽川教授为共同联系作者。