开发高效节能的电解水制绿氢技术对解决能源需求和实现“双碳”目标至关重要。贵金属的稀缺和昂贵性，促使研究者们致力于探索和优化非贵金属催化剂以降低成本和节约能耗。单原子催化剂（SACs）由于其高活性和最大化的原子利用效率受到广泛关注，然而，高表面能使得单原子在电催化环境中易聚集，影响催化效率和稳定性。得益于金属和载体的相互作用，单原子电子结构可以被有效调节。一方面，碳基材料因其大的比表面积、丰富的缺陷以及灵活的杂原子掺杂，可以为金属单原子锚定提供丰富位点。另一方面，非碳基载体可借助阴/阳离子空位以及晶面/应力等效应，高效调控单原子与载体的相互作用。基于此，通过调节单原子在碳基或非碳基载体上的配位结构可以促进电催化选择性和活性，但精确合成具有空间位置以及构建兼具碳基和非碳基双配位微环境的SACs仍极具挑战。

近日，郑州轻工业大学巩飞龙、张永辉与刘健团队合作，借助理论计算，提出一种亚纳米反应器通用合成策略，将金属单原子限域在亚纳米空间内，精准构建兼具硫化钼和插层碳双配位微环境的SACs，用于高效稳定电解水产氢。 

以具有空位的MoS₂和插层碳为基础，构建了系列单/双配位单原子催化剂模型，建立了由ΔG_H⁽¹⁾和ΔG_H⁽²⁾共同决定的活性和稳定性描述符。根据电荷差分密度和相应的Bader电荷分析结果显示，金属单原子可以在S空位和插层碳的共同作用下稳定在双载体中，同时在C-M-Mo界面上产生定向和发散的两种电荷转移通道。

作者采用亚纳米反应器策略，选取具有负离子基团的金属盐，成功将Zn、Cu、Ni、Fe、Co、Mn、W和Cd金属原子捕获并定位在蛋黄蛋壳结构C-MoS₂载体的扩展层中，合成出具有MoS₂和插层碳配位微环境的系列单原子催化剂。

最终，双锚定C-Co-MoS₂ SAC在酸性介质中表现出优于迄今报道的MoS₂基SACs的性能，同时兼具优异稳定性。理论计算和原位拉曼光谱证实了催化反应的活性位和催化剂的耐用性。该工作涉及金属单原子在亚纳米空间的精准落位以及双配位微环境的构建，为利用亚纳米反应器微环境工程制备高效稳定的电催化剂提供了思路。