自旋是电子的角动量基本属性：化学反应的断键/成键过程与电子自旋平行/反平行排列紧密相关，这为设计和优化催化剂性能提供了新思路。作为水分解和光合作用的半反应，析氧反应（OER）因其缓慢动力学被认为是提高整体反应速率的瓶颈。贵金属氧化物（如Ir/Ru氧化物）的应用可以极大降低OER的过电位，然而高昂的价格和稀缺性限制了其大规模的应用。近些年来，VIII族过渡金属（Fe、Co、Ni）氧化物被认为是潜在的可以取代贵金属氧化物的OER催化剂。VIII族过渡金属氧化物的一个重要特点是其中的很多材料都带有磁性。对于磁性材料，施加外磁场往往可以调控催化反应中电子转移的自旋状态，进而影响反应路径甚至是反应产物的选择性。目前对于OER的自旋调控的研究表明：外磁场的极化可以促进电子自旋的平行排布，因而可以促进三线态O-O键成键生成O₂；另一方面，自旋的平行排布理论上也利于单线态的断键过程，而OER包含O-O成键和O-H断键过程，因此自旋催化机制是否也影响O-H断键值得深入研究。

近日，中国科学院化学研究所光化学实验室盛桦、张闯研究员和中国科学技术大学丁子敬研究员合作研究发现：在利用亚铁磁性Fe₃O₄电催化水氧化时，外磁场（150 mT）可以促进水氧化的进行。与以往研究不同，外磁场对于水氧化的自旋增强效应体现出对于pH的依赖性：在弱碱性pH（pH 9）条件下对于水氧化电流的提升（大约20%）是强碱性条件(pH 14)下的20倍。结果表明，在弱碱性条件下，磁场调控自旋翻转促进了OER过程中O-H键的解离，自旋增强的单线态O-H解离和O-O成键协同发生，这也使得磁场增强作用（MFE）与仅涉及O-O成键的强碱条件相比增强了近20倍。

高价铁物种（Fe^IV=O）探针实验和Fe₃O₄的磷酸表面改性处理表明，催化剂表面物种Fe^IV=O的生成是OER过程中磁增强效应发生的必要条件。同时H/D动力学同位素效应研究结果证实，在弱碱性条件下，OER的反应物为水分子，O-H键的裂解包括在OER的决速步中。在亲核进攻Fe^IV=O氧化水分子的过程中，不仅涉及自旋平行排列的O-O成键，也涉及协同的自旋反平行排列的断键过程。电子在活化后的O-H键的成键和反键轨道上的自旋平行排列可以促进O-H断键过程。因而，在氧化水分子的过程中，磁场可以协同促进O-O成键和O-H断键，相对于仅涉及O-O成键的氧化OH^-过程（强碱性条件），带来了更为显著的自旋增强效应。

不同于先前工作仅涉及磁场调控自旋增强O-O成键的过程，作者提出了自旋促进O-H键或其他化学键断裂的反应机理，极大的拓展了自旋催化策略的应用领域。