碱性电解质中电化学氢演化反应（HER）和氧还原反应（ORR）的动力学缓慢，被认为是限制电化学氢生产[1]、[2]、燃料电池[3]、[4]以及金属空气电池[5]、[6]广泛应用的关键因素。然而，具有单一类型活性位点的催化剂不可避免地在最佳活性、稳定性或多功能性方面存在缺陷。特别是，从纳米颗粒到单原子催化剂（SACs）的尺寸控制策略在能源转换应用领域取得了显著进展[7]。尽管SACs具有高原子效率和独特的活性位点，但其在恶劣操作条件下的低配位数以及迁移或聚集倾向可能会影响长期稳定性和活性[8]、[9]。另一方面，纳米颗粒催化剂通过利用其丰富的表面特性和多样的活性位点来提高反应动力学和稳定性[10]。因此，设计结合SACs和纳米颗粒催化剂优点的混合催化剂成为克服单一催化剂局限性的有前景策略。
二维（2D）材料由于其较大的比表面积、大量可用于反应的表面暴露原子以及可调的微观结构和电子结构，是SACs和纳米颗粒催化剂的理想基底[11]。因此，2D材料的配置和微观结构对于设计新型电催化剂至关重要，尤其是对于整合单原子和纳米颗粒催化剂系统[12]、[13]、[14]。例如，通过在非晶RuO2纳米片上限制原子级薄的Pd-PdO纳米结构域，构建了具有HER、氧演化反应（OER）和ORR多功能催化活性的催化剂[15]。Wang等人报告称，大量的Pt簇均匀锚定在Ir金属烯上，形成了丰富的Ir/Pt异质界面，显著提高了HER的稳定性[16]。最近的研究证明，引入纳米颗粒可以提高催化剂的耐久性并促进反应步骤的明确化，而SACs则有助于提高活性。例如，Liu等人表明，将Pt合金纳米颗粒与Pt单个原子混合使用可以显著提高基于Pt的电催化剂的ORR活性、选择性和稳定性[17]。在这种背景下，富含缺陷的2D导电框架不仅提供了较大的比表面积以增加锚定位点，还形成了促进质量传递的开放纳米通道，从而提高了电催化过程中的电解质可及性。众所周知，金属Pd容易形成2D结构，并在ORR中表现出高活性，而Pt仍然是HER领域的最先进催化剂。因此，合理整合这些活性组分的协同策略在活性、稳定性和多功能性之间实现平衡具有巨大潜力。
本文成功合成了高效的基于Pt/Pd的纳米网电催化剂，由均匀分散在2D Pd纳米网上的可控Pt纳米颗粒和单个原子组成。得益于由共面Pd纳米颗粒组成的纳米网基底与Pt纳米颗粒/单个原子位点之间的协同效应，优化的Pt/Pd-5纳米网在HER和ORR方面表现出优异的性能和耐久性。对于HER，在碱性条件下仅需20 mV的超电位即可驱动10 mA cm−2的电流密度。此外，Pt/Pd-5纳米网在100 mA cm−2电流密度下24小时内表现出稳定的性能，活性几乎没有下降。另一方面，与商用Pt/C相比，Pt/Pd-5纳米网的ORR性能在质量活性上提高了5.9倍，在比活性上提高了3.8倍。这一出色的ORR耐久性在30,000次电位循环后也得到了进一步验证。实验和密度泛函理论（DFT）计算表明，Pt单个原子/纳米颗粒与Pd纳米网基质之间的协同相互作用有效地调节了反应能量学，从而在催化活性、稳定性和多功能性之间实现了最佳平衡。
