肼氧化（HzOR）輔助的整體水分解（OWS）提供了一種獨(dú)特的高效節(jié)能制氫（HER）方法。然而，在設(shè)計(jì)雙功能催化劑和深入了解HzOR輔助OWS過程中相同活性物種引發(fā)的水解離和脫氫動力學(xué)機(jī)制方面仍然存在巨大挑戰(zhàn)。基于此，西北大學(xué)馬海霞副教授和王堯宇教授、北京化工大學(xué)徐明副教授（共同通訊作者）等人報(bào)道了首次利用硫化法和簡易恒流沉積法在導(dǎo)電碳布（CC）上制備了一種錨定在二硫化鎢納米片（WS2 NSs）硫空位（Sv）上的釕單原子位點(diǎn)（Ru SAs）催化劑（CC@WS2/Ru SAs）。缺陷WS2 NSs作為Ru SAs和WS2邊緣S位點(diǎn)誘導(dǎo)的金屬-載體相互作用（MSI）參與了該系統(tǒng)，電子轉(zhuǎn)移調(diào)節(jié)了雜化結(jié)構(gòu)的d帶結(jié)構(gòu)并優(yōu)化了反應(yīng)中間體的吸附能。此外，Ru SAs的高表面自由能使其易于聚集，分離的Ru SAs能更好地錨定在WS2的空位上以穩(wěn)定Ru SAs。此外，層狀WS2的結(jié)構(gòu)類似于自然界中生物酶的活性位點(diǎn)，可促進(jìn)氫中間體（H*）的重組以形成H2分子（Heyrovsky/Tafel步驟）。WS2/Ru-SAs中Ru-SAs和S 邊位點(diǎn)之間的協(xié)同作用發(fā)生在堿性HER期間，水分子優(yōu)先吸附在Ru位點(diǎn)上，并以低能壘分解為OH和H*，并在鄰近Ru位點(diǎn)的S 邊位點(diǎn)上以接近熱力學(xué)勢將另一個(gè)H*（或H2O）和電子結(jié)合成H2分子。同時(shí)，Ru SAs活性位點(diǎn)可以促進(jìn)脫氫過程，降低HzOR的RDS自由能。CC@WS2/Ru SAs在催化HzOR和HER時(shí)，在10 mA cm-2下分別達(dá)到74和32.1 mV的超低電位，均優(yōu)于商用鉑（Pt）催化劑。利用CC@WS2/Ru SAs作為陽極和陰極的雙電極電解槽電流密度達(dá)到了10 mA cm-2，電池電壓僅為15.4 mv，遠(yuǎn)低于包括商用Pt在內(nèi)的大多數(shù)電催化劑。密度泛函理論（DFT）計(jì)算揭示了Ru SAs在WS2中的關(guān)鍵作用，其中水在Ru位上緩慢解離，WS2的硫空位對H*中間吸附表現(xiàn)出更中性的行為。此外，Ru位點(diǎn)也是HzOR過程中逐步肼脫氫的活性中心。Elucidating the Critical Role of Ruthenium Single Atom Sites in Water Dissociation and Dehydrogenation Behaviors for Robust Hydrazine Oxidation-Boosted Alkaline Hydrogen Evolution. Adv. Funct. Mater., 2022, DOI: 10.1002/adfm.202109439.https://doi.org/10.1002/adfm.202109439.
