與單原子催化劑相比，雙原子催化劑可以為不同的反應中間體提供更加靈活的構型，兩個不同催化位點之間的協同作用可以加速多中間體反應動力學。為了構筑雙原子電催化劑，載體在穩定金屬原子和調節其電子結構方面起著關鍵作用。其中，金屬-載體相互作用(MSI)會引起電子軌道雜化并使金屬原子和載體之間的電荷轉移成為可能，從而影響電催化劑的催化活性和穩定性。

一般而言，多種功能性碳材料(例如石墨烯和碳納米管)和過渡金屬氧化物常被用作錨定雙金屬原子的載體。然而，它們在堿性電解質中的低耐腐蝕性和弱的導電性限制了它們的整體催化性能。因此，尋找更合適的載體材料來合理調控雙原子電催化劑的活性中心的局域環境和電子結構迫在眉睫。

近日，香港城市大學Andrey L. Rogach和鄭學榮等報道了一種通過預吸附L-色氨酸分子對MXene載體進行表面修飾的策略，使雙原子Co/Ni電催化劑通過形成N-Co/Ni-O鍵附著在Ti₃C₂T_x表面(CoNi-Ti₃C₂T_x，負載量高達5.6 wt%)，并將其用作電催化OER和HER的有效催化劑。

實驗和理論計算結果表明，通過L-色氨酸的表面修飾，可以調控MXenes的表面性質和層間距，從而增加其比表面積和金屬原子的吸附位點；同時，CoNi-Ti₃C₂T_x電極中的Ni和Co可以協同增強活性位點(Co和Ni)與載體之間的電子調制，使得催化劑中發生了更有效的電子轉移，導致活性位電子結構的重新分布，從而降低了在OER和HER過程中速率決定步驟的能壘，促進了反應的進行。

因此，CoNi-Ti₃C₂T_x電極顯示出良好的電化學活性，其在10 mA cm^?2電流密度下的OER和HER過電位分別為241 mV和31 mV。此外，以CoNi-Ti₃C₂T_x作為陰極和陽極組裝的水電解槽僅需1.58 V的槽電壓就能達到10 mA cm^?2，并且具有較高的耐久性(250 mA cm^?2下連續穩定運行50 h)，顯示出作為大規模整體水分解的有效雙功能電催化劑的巨大潛力。

總的來說，該項工作為雙原子MXene基電催化劑的設計提供了一種有效的方法，并闡明了其催化活性提高的機制。

Dual-Atom Co/Ni electrocatalyst anchored at the surface-modified Ti₃C₂T_x MXene enables efficient hydrogen and oxygen evolution reactions. ACS Nano, 2024. DOI: 10.1021/acsnano.3c09639