与其他纳米材料相比，单原子催化剂（SACs）在析氢反应（HER）中具有优异的活性，但单原子中心的简单性限制了其进一步的修饰和利用。获得双金属单原子-二聚体（SAD）结构可以改变SAs的电子结构，增加原子级的协同效应，实现超越SACs的HER动力学。然而，这种SAD结构的合成和鉴定仍然具有挑战性。

近日，韩国基础科学研究所Hyoyoung Lee报道了展示了一种基于过渡金属的SAD（TM-SAD）原子界面，它可以在很宽的pH范围（0-14）内高效地催化复杂HER。

文章要点

1）系统密度泛函理论（DFT）筛选显示，在各种TM-SAD中，SAD构型中原子水平的Ni-cO之间的协同相互作用可以显著上移d带中心，从而加速水的解离，提高全pH下的HER活性。

2）受DFT预测的启发，研究人员发展了一种简便的方法，通过在聚多巴胺球中原位捕获目标金属离子，然后通过精确控制氮部分进行退火，在氮掺杂碳上合成镍钴酸盐。通过在聚多巴胺球体中原位捕获目标金属离子，然后通过精确控制N-基团的退火，在N掺杂的碳上合成NiCo-SAD（NiCo-SAD-NC）。

3）研究人员采用X射线吸收近边结构(XANES)、扩展X射线吸收精细谱(EXAFS)、像差校正扫描透射电子显微镜(AC-STEM)、X射线光电子能谱(XPS)等技术结合理论计算分析了NiCo-SAD-NC的详细结构，揭示了Ni-Co键在原子水平上的强电子耦合。

4）所制备的NiCo-SAD-NC在酸性和碱性介质中分别只需要54.7mV和61 mV的过电位，即可获得−10 mA cm⁻²的电流密度，相比NiCo-NP和单原子Ni/Co SACs，具有更出色的全pH下的HER活性。此外，NiCo-SAD-NC的活性可媲美商品化的Pt-C/Pt-SAC，也优于最近报道的大多数TM基单原子电催化剂。

这项工作为SAD催化剂提供了一种简便的合成策略，并为未来的应用阐明了结构-活性关系的基本原理。

参考文献

Kumar, A., Bui, V.Q., Lee, J. et al. Moving beyond bimetallic-alloy to single-atom dimer atomic-interface for all-pH hydrogen evolution. Nat Commun 12, 6766 (2021).

DOI：10.1038/s41467-021-27145-3

https://doi.org/10.1038/s41467-021-27145-3