开发在宽pH值范围内具有高效、稳定的双功能水分解电催化剂具有重要意义，但具有挑战性。基于此，澳大利亚新南威尔士大学赵川教授（通讯作者）等人报道了一种锚定在N掺杂碳上的原子分散的钌/钴（Ru/Co）双位点催化剂（Ru/Co-N-C），在酸性和碱性电解质中实现出色的析氧反应（OER）和析氢反应（HER）。通过热解Ru/Co共掺杂的UiO-66-NH2和酸蚀刻，将RuN4和CoN4位点分离并均匀分布在N碳载体（Ru/Co-N-C）上。Ru/Co-N-C由于其独特的原子隔离结构以及Co-N4和Ru-N4基团之间的原子距离协同效应，在较宽的pH范围内对OER、HER和整体水分离均表现出优异的催化性能。实验测试发现，Ru/Co-N-C催化剂在0.5 M H2SO4和1 M KOH中，对于HER仅需要13和23 mV的过电位，对于OER仅需要232和247 mV的过电位，即可提供10 mA cmgeo-2的电流密度，优于基准催化剂Pt/C和RuO2。通过密度泛函理论（DFT）计算表明，在Ru/Co-N-C中引入Co-N4位点可通过扩大Ru-O共价键和增加Ru电子密度有效地改变了Ru的电子结构，从而优化了氧/氢中间物种之间的键合强度，进而提高OER和HER性能。同时，Co-N4位点的加入诱导了Ru-N4周围的电子重新分布，从而增强了Ru/Co-N-C在酸性和碱性电解过程中的耐腐蚀性。此外，将Ru/Co-N-C应用于质子交换膜（PEM）水电解槽，可以在450 mA cmgeo-2的高电流密度下稳定运行330 h。该工作为设计和合成具有双金属或多金属活性位点的双功能单原子电催化剂提供了新的视角，用于与能量相关的转化技术，如水分解、CO2还原等。Electronic Structure Engineering of Single-Atom Ru Sites via Co-N4 Sites for Bifunctional pH-universal Water Splitting. Adv. Mater., 2022, DOI: 10.1002/adma.202110103.
https://doi.org/10.1002/adma.202110103.
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