多步反应，如析氢反应 (HER)、析氧反应 (OER) 和氧还原反应，通常涉及几个复杂的基元反应步骤。通常，纯单中心催化剂显示出较差的催化活性，对整体多步反应的催化活性较差，因为它只能激活一个基本反应步骤。例如，MoS₂ 有利于 H 吸附，但缺乏吸附和解离水的活性位点，导致其在碱性电解质中的竞争力较差。将多活性位点偶联到一种催化剂上进行多步反应是一种直接弥补单位点催化剂缺点的方法，它可能会打破比例关系，从而通过多活性位点的协同催化加速多步反应的基本反应步骤。然而，将多个活性位点组装成一个催化剂进行多步反应仍然是一个相当困难的课题。

有鉴于此，北京化工大学程道建教授等人，开发了一种通用且简便的室温浸渍策略来构建具有 Ru-C₅ 单原子和 Ru 氧化物纳米团簇（≈1.5 nm）的 Ru 原子分散催化剂（Ru ADC）。

本文要点

1）开发了一种通用且简便的室温浸渍方法来制备负载在 S 掺杂炭黑上的双位 Ru 原子分散催化剂 (Ru ADC)，该催化剂包含大量单 Ru 原子和无晶格条纹的单分散 Ru 氧化物纳米团簇。值得注意的是，这种简单的方法也可以扩展到制备 Ir、Rh、Pt、Au 和 Mo ADC。并以碱性HER作为典型的多步反应作为探针反应，研究了Ru双位点ADC的协同作用机理。

2）制备的 Ru ADC 通过单原子和亚纳米团簇之间的协同催化极大地促进了碱性析氢，在 10 mA cm⁻² 下只需要 18 mV 的过电位。令人印象深刻的是，Ru ADC在1 M KOH介质中对HER具有极好的活性和稳定性，远远优于20% Pt/C。

3）进一步的机理研究表明，Ru-C₅ 单原子和具有 Ru-O₄ 构型的 Ru 氧化物纳米团簇可以协同促进水分子捕获、水解离和析氢。具有 Ru-C₅ 配位结构的 Ru 单原子首先在水分子捕获中起关键作用。然后，具有Ru-O₄配位构型的Ru氧化物纳米团簇与Ru-C₅单原子紧密配合，通过分别为H*和OH*中间体有效地提供双位点来加速水的离解。最后，Ru-C₅ 单原子可以作为氢从纳米团簇溢出的受体，释放氢并防止催化剂失活。

总之，该工作开辟了一种简单的方法来合成双位点金属 ADC，用于典型多步反应的协同催化。

参考文献：

Dong Cao et al. Construction of Dual-Site Atomically Dispersed Electrocatalysts with Ru-C₅ Single Atoms and Ru-O₄ Nanoclusters for Accelerated Alkali Hydrogen Evolution. Small, 2021.

DOI: 10.1002/smll.202101163

https://doi.org/10.1002/smll.202101163