单原子催化剂（single-atom catalysts, SACs）是一种原子利用率高、反应途径可调的独特催化体系。虽然通过结构和合成创新在优化和裁剪方面取得了成功，但是缺乏单原子催化的动态调节方法。 受特定天然酶内静电相互作用的启发，南京大学丁梦宁教授和马晶教授、美国加州大学洛杉矶分校段镶锋教授（共同通讯作者）等人报道了通过精确控制的定向外部电场（oriented external electric fields, OEEFs）对锚定在二维（2D）原子晶体上的单原子催化剂的局部催化位点进行定量操作。在微电池中系统地测试了负载在不同2D基板上的一系列模型SACs，其电催化性能可以通过OEEFs动态调整。

具体而言，n-型MoS2上的Pt SAs（Pt SAs-MoS2）在正OEEFs下表现出显着改善的HER性能（ηHER在10 mA cm-2时为为20 mV，Tafel斜率为51 mV dec-1，Vg为+40 V时），并且p-型WSe2上的Co SAs（Co SAs-WSe2）在负OEEFs下实现了显着提高的OER活性（ηOER在10 mA cm-2时为139 mV，Tafel斜率为64 mV dec-1，在Vg为-40 V）。

通过原位研究、电动研究和密度泛函理论（DFT）计算揭示了一种“现场静电极化”机制，其中垂直电场有效地调节SA位点的电荷分布，极化金属原子/吸附物/中间体的前沿轨道并显着改变催化过程中的活化能和/或反应途径。 这种独特的现场调制模式可以动态提升SACs 的电催化性能，从而实现创纪录的高活性，并为酶模拟人工调制和深入理解一般非均相/电催化提供高度可调的物理模型。

Boosting the performance of single-atom catalysts via external electric field polarization. Nat. Commun.,2022, DOI: 10.1038/s41467-022-30766-x.