據國外媒體報道：目前，由于缺乏用于析氫反應的高效電催化劑，水電解的效率非常有限，并且通常需要高電壓電池。貴金屬如鉑 （Pt） 等通常被用作催化劑，以改善酸性/堿性介質中的氫氣生成。然而，這些貴金屬催化劑價格昂貴，長期催化析氫反應表現出穩定性差的特點。
最近研究發現，與基于納米材料的同類產品相比，單原子催化劑顯示出優異的活性。這是因為它們能夠實現高達100%的原子利用率，而在納米顆粒中，只有表面原子可用于反應。然而，由于單金屬原子中心的簡單性，對催化劑進行進一步改造以進行復雜的多步驟反應是相當困難的。
鎳單原子，b）鈷單原子，c）鎳鈷單原子二聚體（NiCO-SAD-NC），d）鎳鈷異質納米粒子催化劑的表示模型 ▲
改造單原子的最簡單方法是把它們變成單原子二聚體，即把兩個不同的單原子結合在一起。由于兩個不同原子之間的協同作用，用二聚體調控單原子催化劑的活性部位可以改善反應動力學。然而，雖然單原子二聚體結構的合成和鑒定在概念上是已知的，但其實際制備卻非常困難。
成均館大學基礎科學研究所（IBS）綜合納米結構物理中心副主任LEE Hyoyoung領導的研究小組解決了這個問題。IBS研究小組成功開發了一種原子分散的Ni-Co二聚體結構，它穩定的附著在氮摻雜碳的支撐骨架上，被命名為NiCo-SAD-NC。通過原位誘捕Ni/Co離子進入聚多巴胺球體，然后在精確控制的氮（N）配位下進行熱解，在N摻雜的碳支撐物上合成了Ni-Co單原子二聚體結構。該研究采用了最先進的透射電子顯微鏡和X射線吸收光譜，成功地以原子級的精度確定了這些NiCo-SAD點。
研究人員發現，在氬氣環境下于800℃退火兩小時是獲得二聚體結構的最佳條件。其他單原子二聚體，如CoMn和CoFe也可以用同樣的方法合成，這證明了他們策略的通用性。
研究小組從驅動析氫反應所需的過電位方面評估了這個新系統的催化效率。在酸性和堿性介質中，NiCo-SAD-NC電催化劑的過電壓水平與商業鉑基催化劑相當。在堿性介質中，NiCo-SAD-NC還表現出比Ni/Co單原子催化劑和異質NiCo納米顆粒高8倍的活性。同時，它在酸性介質中的活性分別比Co和Ni單原子催化劑高17倍和11倍，比傳統的Ni/Co納米顆粒高13倍。
此外，研究人員證明了這種新催化劑的長期穩定性，它能夠驅動反應50小時而不發生任何結構變化。與其他單原子二聚體和Ni/Co單原子位點相比，NiCo-SAD表現出卓越的水解作用和最佳的質子吸附作用，根據密度泛函理論模擬，提升了pH通用催化劑的活性。
該研究發表在基礎科學領域的世界知名期刊Nature Communications（IF 14.92）上。
