氢被认为是替代传统化石燃料的有前途的候选燃料。在所有种类的制氢技术中，电化学整体水分解是生产氢和氧最清洁、安全和有效的方法之一。与酸性条件相比，碱性电化学水分解更适合商业应用，但仍存在高过电位、低电流密度和耐久性差等问题。虽然基于铂的材料和基于钌/铱的氧化物仍分别被认为是最有效的HER和OER催化剂，但其稀有程度和高昂成本，极大的阻碍了它们大规模商业应用。因此，研究人员近年来已经投入了大量精力来开发非贵金属催化剂。其中值得注意的是，HER和OER二者并不相同的反应条件，使得很难找到两种电催化剂在一个电解槽中良好耦合，以实现高效的整体水分解。因此，有必要开发一种可以同时有效催化HER和OER的电催化剂（即用于整体水分解的双功能电催化剂），并简化操作系统。

近日，中山大学陈小明教授和廖培钦教授研究团队，报道了一种具有环三核镍（II）活性位点并在强碱条件下稳定的MAF材料，Ni-BTPP，其具有的 {Ni₃(μ₃-O)N₆} 簇可作为全水分解的双功能电催化剂。通过将理论计算与实验结果相结合，首次表明 {Ni₃(μ₃-O)N₆} 簇同时具有强的氧化性和还原性，因此展现出比商业贵金属催化剂更低的电压来达到100 mA/cm² 的全水分解电流密度，这一发现可能为制备基于非贵金属簇的高催化性能和稳定性电催化剂开辟了新途径。

该研究通过周期性密度泛函理论（PDFT）计算，阐明了该反应的内在机制，揭示了Ni-BTPP在模型结构上的HER和OER催化机制。在碱性条件下，HER过程包括H₂O吸附、H₂O解离和H₂生成。通过分析Ni-BTPP的变形电荷密度和Bader电荷，表明环三镍（II）簇的μ₃-O原子可能作为HER过程中H₂O以及H的吸附位点，同时，有趣的是，具有强亲核性时，μ₃-O原子可以作为电子给体与H₂O分子形成强氢键相互作用，而这一作用有利于随后解离步骤。另一方面，由于其高亲电性，环三镍（II）簇的Ni（II）离子适用于氧化反应，先前已经证明桥联OH配体可以参与OER过程以提供氧空位，因而OER反应的机理为，该氧空位作为水氧化的活性位点，即μ₃-O原子首先被氧化为*O，然后与吸附在环三镍（II）簇的Ni（II）离子上相邻的*OH偶合以生成*OOH，然后将*OOH进一步转换为O₂。综上所述，证明了环三核镍（II）簇{Ni₃(μ₃-O)N₆}  是双重功能活性位点，Ni-BTPP能够实现整体水分解的双重催化作用（HER和OER）。