纳米技术现在 - 新闻稿：两个要比一个：绿色氢生产的单原子二聚体电催化剂：氮掺杂碳上的镍铜金属二聚体可以在酸性和碱性条件下催化电解

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a）镍单原子的表示模型，b）钴单原子，c）镍泡单原子二聚体（nico-sad-nc）和d）镍 - 核果实异质纳米颗粒催化剂。信贷基础科学学院（William I. Suh）

抽象的：
化石燃料的有限水库和气候变化的不断增长的威胁鼓励研究人员开发替代技术来生产环保燃料。使用可再生电力通过水的电解产生的绿色氢被认为是未来的下一代可再生能源。但是实际上，由于高电解成本，从化石燃料的精炼中获得了绝大多数氢燃料。

两个比一个更好：用于绿色氢生产的单原子二聚体电催化剂：氮掺杂碳上的镍铜金属二聚体可以在酸性和碱性条件下催化电解

韩国大道|发表于2021年11月19日

目前，由于缺乏有效的电催化剂，水电解的效率受到限制，通常需要高细胞电压。贵金属（例如铂（PT））被用作催化剂，以改善酸性/碱性培养基的氢产生。但是，这些高贵的金属催化剂非常昂贵，并且在长期操作下显示出稳定性较差。

最近，与基于纳米材料的对应物相比，单原子催化剂表现出了出色的活性。这是因为它们能够实现多达100％的原子利用率，而在纳米颗粒中，只有表面原子可用于反应。但是，由于单金属原子中心的简单性，对催化剂进行进一步修改以执行复杂的多步反应是很困难的。

修改单个原子的最简单方法是将它们变成单原子二聚体，该二聚体将两个不同的单个原子结合在一起。通过两个不同原子之间的协同作用，用二聚体调整单原子催化剂的活性位点可以改善反应动力学。但是，尽管从概念上已经知道了单原子二聚体结构的合成和识别，但其实际实现非常困难。

这个问题是由位于Sungkyunkwan大学的基础科学研究所（IBS）内的综合纳米结构物理中心的副主任Lee Hyoyoung领导的研究团队。IBS研究团队成功地开发了一种原子分散的Ni-CO二聚体结构，该结构稳定在掺杂氮的碳支持上，该结构称为NICO-SAD-NC。

``我们通过将ni/co离子的原位捕获到多多巴胺球体的原位捕获氮（N）载碳载体上合成了Ni-Co单原子二聚体结构，然后用精确控制的N-协调性进行热解。该研究的第一作者说，我们采用了最新的传输电子显微镜和X射线吸收光谱，以成功地识别具有原子精度的这些NICO-SAD位点。

研究人员发现，在氩气气氛中在800C上退火是获得二聚体结构的最佳条件。也可以使用相同的方法合成其他单个原子二聚体，例如COFE和COFE，这证明了其策略的普遍性。

研究团队根据驱动氢进化反应所需的过电势评估了该新系统的催化效率。NICO-SAD-NC电催化剂的过压水平与酸性和碱性培养基中的基于PT的催化剂相当。NICO-SAD-NC的活性也比Ni/CO单原子催化剂和碱性培养基中的NICO纳米颗粒高8倍。同时，在酸性介质中，它的活性分别比CO和Ni单原子催化剂高17倍和11倍，比常规Ni/Co纳米颗粒高13倍。

此外，研究人员证明了新催化剂的长期稳定性，该催化剂能够驱动50小时的反应而不会改变结构。与其他单原子二聚体和Ni/Co单原子位点相比，NICO-SAD表现出优质的水解离和最佳质子吸附，从而促进了基于密度功能理论仿真的pH值催化剂活性。

``我们非常兴奋地发现，新型的NICO-SAD结构将水分子与能量屏障较低得多的水分子解散，并加速了碱性和酸性培养基中的氢进化反应，其性能与PT相当，这解决了单个Ni的缺点和CO单原子催化剂。该研究的副总监李（Lee）指出，这种单原子二聚体结构的合成是一项长期的挑战。

他进一步解释说，这项研究使我们更接近无碳和绿色的氢经济。这种高效且廉价的氢产生电催化剂将有助于我们克服成本竞争力的绿色氢生产的长期挑战：以低廉的价格和环保的方式为商业应用生产高纯氢。

该研究发表在《自然通讯》（如果14.92）上，这是一本在基础科学领域的世界知名杂志。

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