在全球朝着可持续经济转型的过程中，将可再生能源储存为氢分子并释放出来的重要性越发凸显，这使得氢氧化和析出反应（HOR/HER）变得十分重要。因此，开发高效的HOR/HER催化系统成为推动全球朝着可再生能源过渡的研究热点。尽管经过了几十年的研究，但对于高效的HOR/HER双功能催化剂的设计和反应机理的理解仍具有挑战性。当前，单原子催化剂因其原子利用率高和可控性强而被认为是减少贵金属负载量并获得优异催化活性的有效策略。传统的单原子催化剂载体主要包括金属氧化物、金属硫化物和N/S掺杂碳材料。单原子可以通过与邻近的强电负性元素（O/N/S）形成配位键来稳定，这会改变金属位点的电子结构并导致价态增加。由于电荷云密度降低和d带电子较少，高价态单原子位点很难匹配催化反应。因此，开发具有明确结构的新型载体来优化单原子位点的电荷分布是提高HOR/HER催化性能的关键。

近日，南京航空航天大学彭生杰教授课题组提出了利用载体的类金属特性来捕获并稳定低价态单原子的一般策略。该工作通过简单的热解方法合理地开发了在WC_x表面负载的一系列单原子（M-WC_x，M=Ru，Ir，Pd），实现了高效的HOR和HER双功能活性。

得益于碳化钨的类金属特性，单原子被弱配位在WC_x载体表面，这有效的降低了单原子的价态。独特的金属-金属相互作用优化了单原子的电子结构，产生了适用于HOR和HER中间体吸附/解吸的电子轨道能级分布。Ru-WC_x催化剂在碱性环境中对HOR和HER的质量活性分别为7.84和62.52 A mg_Ru-1，是商业Pt/C的30.05和13.09倍。

差分电荷密度和总态密度分析表明金属-金属相互作用导致了电荷重新分布并调节能带结构。此外，Ru-WC_x催化剂中独特的Ru和W双位点协同作用可以最佳地平衡HBE和OHBE，促进了Volmer步骤的进行，这实现了高效的HOR和HER双功能催化活性。

为了验证弱配位环境修饰低价态单原子的普适性，制备了Ir-WC_x和Pd-WC_x电催化剂。正如预期的那样，Ir-W和Pd-W的键长大于WC_x的W-W键，这揭示了Pd和Ir单原子的弱配位环境。双位点效应平衡了HEB和OHBE，改善了Ir-WC_x和Pd-WC_x电催化剂的HOR和HER双功能活性。因此，通过弱配位环境诱导低价单原子的调控策略也适用于其它金属。

这项工作为研究单原子催化剂的结构-活性关系提供了有价值的见解，并指导了高性能单原子催化剂的合理设计。