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電化學水分解產氫是一種方便且具有優異前景的技術方法。但是由于HER和OER緩慢的動力學以及復雜的電子轉移過程，嚴重阻礙了電化學水分解系統的大規模應用。因此，開發用于析氫反應(HER)和析氧反應(OER)的高活性和穩定的雙功能貴金屬基電催化劑是清潔和可再生能源的關鍵。

近日，清華大學陳晨團隊通過一鍋法成功制備了一種包含在RuO₂球中的Co單原子催化劑(Co-SAC/RuO₂)，并將其用于高效穩定HER和OER。

Co單原子被包裹到RuO₂球中，這種獨特的結構導致Co單原子修飾了周圍Ru原子的電子結構，從而顯著提高電催化活性。所制備的Co-SAC/RuO₂具有優異的HER和OERE性能。

在0.5 M H₂SO₄中，Co-SAC/RuO₂在10 mA cm^-2電流密度下的HER過電位低至45 mV；其在1.0 M KOH溶液中，10 mA cm^-2電流密度下的OER過電位為200 mV。更重要的是，Co-SAC/RuO₂還具有優異的持久穩定性，連續運行20小時而沒有發生明顯的性能變化。

試驗和密度泛函理論(DFT)計算表明，與RuO₂相比，摻入Co單原子后，Co-SAC/RuO₂的HER和OER的能壘都降低。同時，摻入Co單原子不僅可以提高RuO₂在堿性條件下進行OER的穩定性，而且顯著提高了其在酸性條件下的HER活性。

該項工作為在貴金屬基納米材料中加入過渡金屬單原子提供更深入的見解，并且為設計出更出色的電催化劑提供了思路。

Cobalt Single Atom Incorporated in Ruthenium Oxide Sphere: A Robust Bifunctional Electrocatalyst for HER and OER. Angewandte Chemie International Edition, 2021. DOI: 10.1002/anie.202114951

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清華陳晨Angew.: 獨特“球中球”，性能不用愁。雙功能Co-SAC/RuO2用于高效穩定HER和OER

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