肼氧化（HzOR）辅助的整体水分解（OWS）提供了一种独特的高效节能制氢（HER）方法。然而，在设计双功能催化剂和深入了解HzOR辅助OWS过程中相同活性物种引发的水解离和脱氢动力学机制方面仍然存在巨大挑战。基于此，西北大学马海霞副教授和王尧宇教授、北京化工大学徐明副教授（共同通讯作者）等人报道了首次利用硫化法和简易恒流沉积法在导电碳布（CC）上制备了一种锚定在二硫化钨纳米片（WS2 NSs）硫空位（Sv）上的钌单原子位点（Ru SAs）催化剂（CC@WS2/Ru SAs）。缺陷WS2 NSs作为Ru SAs和WS2边缘S位点诱导的金属-载体相互作用（MSI）参与了该系统，电子转移调节了杂化结构的d带结构并优化了反应中间体的吸附能。此外，Ru SAs的高表面自由能使其易于聚集，分离的Ru SAs能更好地锚定在WS2的空位上以稳定Ru SAs。此外，层状WS2的结构类似于自然界中生物酶的活性位点，可促进氢中间体（H*）的重组以形成H2分子（Heyrovsky/Tafel步骤）。WS2/Ru-SAs中Ru-SAs和S 边位点之间的协同作用发生在碱性HER期间，水分子优先吸附在Ru位点上，并以低能垒分解为OH和H*，并在邻近Ru位点的S 边位点上以接近热力学势将另一个H*（或H2O）和电子结合成H2分子。同时，Ru SAs活性位点可以促进脱氢过程，降低HzOR的RDS自由能。CC@WS2/Ru SAs在催化HzOR和HER时，在10 mA cm-2下分别达到74和32.1 mV的超低电位，均优于商用铂（Pt）催化剂。利用CC@WS2/Ru SAs作为阳极和阴极的双电极电解槽电流密度达到了10 mA cm-2，电池电压仅为15.4 mv，远低于包括商用Pt在内的大多数电催化剂。密度泛函理论（DFT）计算揭示了Ru SAs在WS2中的关键作用，其中水在Ru位上缓慢解离，WS2的硫空位对H*中间吸附表现出更中性的行为。此外，Ru位点也是HzOR过程中逐步肼脱氢的活性中心。Elucidating the Critical Role of Ruthenium Single Atom Sites in Water Dissociation and Dehydrogenation Behaviors for Robust Hydrazine Oxidation-Boosted Alkaline Hydrogen Evolution. Adv. Funct. Mater., 2022, DOI: 10.1002/adfm.202109439.https://doi.org/10.1002/adfm.202109439.
