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水電解制氫在推動向清潔能源過渡和實現碳中和目標方面發揮著關鍵作用。作為水電解的速率決定反應，析氧反應(OER)在產生自旋三重態氧的同時，由于中間體的自旋翻轉，表現出自旋敏感性。在這方面，自旋極化催化劑可以通過在中間體和自旋定向活性中心之間產生鐵磁交換來促進自旋敏感的OER。

近年來，一些基于內在或界面自旋極化的研究已經被報道，如高自旋離子摻雜，自旋態調制，界面鐵磁-反鐵磁(FM-AFM)耦合，以及疇壁工程等。然而，開發具有鐵磁性和金屬性耦合的自旋極化材料仍是具有挑戰性的，更不用說要滿足工業OER效能和長期耐久性的額外要求。因此，提出一種新的材料開發策略，對于制備出突破安培級電流密度的自旋極化電催化劑具有重要意義。

近日，香港城市大學Johnny C. Ho(何頌賢)和Chun-Yuen Wong(黃駿弦)等在磁場作用下，結合固有極化和界面自旋極化，設計了一種泡沫Ni負載的分層自旋極化(Ru-Ni)O_x納米片陣列(Ru-Ni)O_x@NF。

實驗結果表明，(Ru-Ni)O_x@NF催化劑在堿性電解質和0.4 T的磁場中，達到1.0 A cm^-2電流密度所需的OER過電位僅為286 mV (在沒有磁場存在的條件下過電位為353 mV)；并且，無論磁場是否存在，(Ru-Ni)O_x@NF在1.0 A cm^-2下都能夠連續穩定電解超過200小時，性能優于大多數文獻報道的自旋OER催化劑。

原位實驗結果和理論計算表明，(Ru-Ni)O_x@NF催化劑對促進OER的自旋極化效應的敏感性可歸因于內部和界面自旋極化策略的成功整合：一方面，由Ni摻雜引起的RuO₂結構域內的固有自旋極化可以提供自旋定向的Ru活性位點，其活性在磁場下可以得到改善；另一方面，與NiO@NF相比，互聯的納米片內更豐富的界面進一步放大了FM-AFM耦合輔助自旋電子轉移的效果。更重要的是，可控地操縱磁場可以通過優化O-O耦合步驟來降低OER過程的熱力學勢壘，加速反應的進行。

總的來說，這項工作證實利用氧化物在具有獨特幾何形狀和導電性的泡沫金屬上原位生長過程中的相互摻雜效應，在磁場作用下建立工業OER的分層相互摻雜結構是可行的，同時通過摻雜誘導的自旋調制可以將內部極化效應和界面自旋極化效應結合起來。

Hierarchical spin-polarized nanosheet array for boosting ampere-level water oxidation under magnetic field. Advanced Functional Materials, 2025. DOI: 10.1002/adfm.202420810

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