电催化析氧反应不仅是电解水制氢的阳极半反应，同时也是电催化二氧化碳还原、氮气还原、硝酸根还原等反应的阳极半反应。由于电催化析氧反应自身缓慢而复杂的动力学及其自带的强氧化特性，研究电催化材料在析氧反应中的氧化重构规律及其催化机制，对于提高析氧反应效率意义重大。目前，非贵金属M−N−C单原子催化剂的析氧性能得到广泛的研究并表现出优异的活性，但是长期以来关于M−N−C在析氧过程中的结构稳定性问题却鲜有关注。

近日，天津大学的史艳梅副教授等人以Ni−N−C单原子材料为研究模型，借助原位和非原位的表征手段揭示了单原子材料中与金属单原子配位的N配体和C载体的氧化以及Ni单原子在碱性析氧过程中原位氧化团聚形成了具有高析氧活性的NiOOH团簇。

作者首先通过高温热解Ni掺杂的ZIF-8前体制备了Ni−N−C单原子。将Ni−N−C单原子用于碱性析氧反应中时，作者发现Ni−N−C单原子催化剂的性能存在明显的活化现象。结合非原位和原位的表征技术发现Ni−N−C单原子催化剂中的N配体首先被氧化成NO₃⁻的形式溶解在电解液中，并导致Ni−N键的断裂，同时在碳载体上留下羟基、环氧、羧基、醌类等含氧官能团。Ni−N键的断裂使得Ni单原子以离子的形式溶解，并与电极附近的氢氧根反应形成Ni(OH)₂纳米团簇，最终在析氧电位下被氧化成NiOOH纳米团簇。

实验和理论计算共同证实了析氧活性的增强归因于新形成的负载在碳上的NiOOH纳米团簇。此外，在Fe−N−C和Co−N−C单原子材料中也发现了类似的氧化团聚和析氧性能提高现象，表明M−N−C单原子催化剂在析氧反应中的团聚重构和性能活化具有普遍性。

该工作不仅揭示了析氧反应中M−N−C单原子催化剂的结构演变和活性起源，也为制备具有高析氧性能的MOOH纳米团簇提供了一种合成策略。