精确调节金属活性物质的电子结构对于电催化是非常需要的。具有惰性表面的碳基基材提供的金属与载体之间的相互作用较弱，因此无法有效地调节其电子结构。

最近，由科学院大连化学物理研究所(DICP)的刘健教授与大连理工大学的周思教授和天津大学的梁吉教授合作的研究小组使用了单原子修饰碳底物，以增强底物与负载的金属纳米粒子之间的相互作用。该方法可以精确地定制金属纳米颗粒的电子结构。

研究人员将单个Co原子分散在碳基质上，以增强基质与钌(Ru)纳米反应器之间的相互作用，从而可以远程调节Ru纳米粒子的电子状态，从而调节其电催化活性。

他们以放氢反应(HER)为模型反应，钴单原子掺杂碳负载Ru纳米反应器表现出超高的催化活性和稳定性。

理论计算表明，单金属原子对含氧石墨烯的修饰引起电子在碳表面上的重新分布。的碳原子周围的单个原子是缺电子，这增强了选自Ru纳米颗粒中的电子转移到碳基材，从而优化的Ru纳米反应器和它的性能HER的结合能力。

刘教授说：“这项工作实现了使用非铂电催化剂的高效生产绿色氢的方法，并提供了一种新的策略，以更灵活和无损的方式控制碳载金属纳米催化剂的催化行为。”