发展氢能对于实现国家能源转型和“双碳”目标具有重要意义。电解水制氢和氢燃料电池的电氢转化技术为推进可再生能源大规模制氢、加快构建新型电力系统提供有力支撑。然而上述电化学过程中几个关键反应(如氧还原、析氧和析氢)较高的能垒制约了该技术的发展。双原子催化剂同时具有单原子催化剂和金属/合金纳米颗粒催化剂（NPs）的优势，通过双金属原子间的协同效应能够降低反应能垒，提高电解水制氢技术的能量转化效率。目前，高温热烧结方式是合成双原子催化剂的常用策略之一，但是仍然缺乏对其形成机制的认识。利用新的制备策略开发双原子催化剂并阐明其不同结构的形成机制，从“知其然”到“知其所以然”，至关重要。

　　近日，青岛能源所江河清研究员带领的功能膜与氢能技术研究中心联合中国海洋大学黄明华教授、韩国高等科学技术学院Jinwoo Lee教授，利用原子化和烧结策略，实现了从钴（Co）纳米颗粒到CoN4单原子、再到Co2N5双原子的可控调节。通过对纳米颗粒、单原子催化剂和双原子催化剂的形成转化机制及催化活性进行系统研究，进一步利用该策略制备了22种s、p和d区的双原子催化剂，对于开发高效稳定的双原子电催化剂具有重要意义。基于上述工作，利用具有定制自旋态的Co2N5催化剂，设计了基于锌空气电池耦合太阳能自驱动全解水制氢装置，实现全天候高效制氢，在推进双原子电催化剂应用于能源转换领域具有重要的指导意义，相关成果发表在Nature Communications《自然 通讯》。

　　图1. 多功能双原子催化材料的普适性合成方法示意图

　　青岛能源所博士后汪兴坤为本文共同第一作者，江河清、黄明华、Jinwoo Lee为本文共同通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、韩国国家研究基金会、国家重点研发计划项目的资助。(文/图 姚涵旭)

　　原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-42756-8

　　Xingkun Wang, Liangliang Xu, Cheng Li, Canhui Zhang, Hanxu Yao, Ren Xu, Peixin Cui, Xusheng Zheng, Meng Gu, Jinwoo Lee, Heqing Jiang, Minghua Huang, Developing a class of dual atom materials for multifunctional catalytic reactions, Nature Communications, 2023, 14(1): 7210. DOI: 10.1038/s41467-023-42756-8.