電催化分解水是一種很有前途的綠色製氫技術，具有原料（水）易得、環境友好等優點。 然而，由於負極析氧（OER）動力學緩慢，水電解需要更高的驅動電壓，這嚴重降低了能量轉換效率。 尿素氧化反應（UOR）的理論電位為037 V，這是一種理想的策略，可以利用它來代替OER反應。 然而，UOR涉及六電子轉移步驟，反應過程比四電子OER過程複雜得多，難以確定反應的速率控制步驟，因此促進UOR催化動力學勢在必行。
近日有文獻報道，催化劑的非晶介面和結晶介面的結合會導致表面結構缺陷的形成，這將改變費公尺能級附近d軌道自旋加速態的對稱分布，進而影響體系的自旋態， 並最終提高催化活性。因此，調整活性位點電子構型的自旋態和D波段能級是改善UOR反應動力學的潛在策略。
基於此，王春東，華中科技大學跟王曉磊，北京工業大學研製了一種塗覆非晶RuO2的Nio超薄奈米片（A-RuO2 NIO）雙功能電催化劑，具有豐富的非晶態介面，可用於高效催化析氫（HER）和尿素氧化（UOR）。
實驗結果表明，在10 m koh 和 10 m koh+0.在33 M尿素溶液中，A-ruO2 NIO催化劑達到100 mA cm2電流密度所需的HER過電位和UOR電位分別為80 mV和1386 v；而以A-ruO2 NIO為負極和陰極組裝的尿素氧化輔助總水解電解槽只需要1372/1.559/1.701 V 的插槽電壓可實現 10 100 200 mA cm2 的電流密度。 更重要的是，在 10 mAcm2 下連續執行 56 小時後，僅觀察到電位略有增加，顯示出出色的長期穩定性。
密度泛函理論（DFT）計算和從頭開始分子動力學（AIMD）表明，A-RuO2 NIO具有優異的HER和UOR活性，這歸因於材料的非晶態晶體構型，導致了大量氧空位的引入。 這些氧空位增加了反應體系的總磁化強度，在反應過程中產生了大量的自旋極化電子，提高了催化劑的電導率，調節了D波段中心，優化了中間物種的吸附解吸，最終導致了優異的HER和UOR反應動力學。 綜上所述，本工作證明了氧空位誘導的自旋極化電子改善反應動力學的可行性，為高效電催化劑的開發提供了參考。
manipulation of electron spins with oxygen vacancy on amorphous/crystalline composite-type catalyst. acs nano, 2023.12. doi: 10.1021/acsnano.3c1213003