4月16日，北京理工大學(xué)陳鵬萬(wàn)教授課題組應(yīng)邀在Small期刊發(fā)表超快合成單原子催化劑的綜述文章，論文題目是“Ultrafast Synthesis of Single-Atom Catalysts for Electrocatalytic Applications”。該論文系統(tǒng)總結(jié)了超快合成單原子催化劑（SACs）技術(shù)及其在電催化領(lǐng)域的應(yīng)用，并介紹了團(tuán)隊(duì)近期開發(fā)的脈沖放電法在單原子催化劑制備與應(yīng)用中的創(chuàng)新突破。北京理工大學(xué)的陳鵬萬(wàn)教授、陳文星副教授、高鑫副教授、首都師范大學(xué)的陳鄭博副教授和蚌埠學(xué)院的高燕老師為論文共同通訊作者，碩士生周博然和博士生劉開源為共同第一作者。

單原子催化劑因極高的原子利用率與均一活性位點(diǎn)，成為能源催化領(lǐng)域的核心研究方向之一。然而，金屬原子在制備過(guò)程中易因高表面能遷移團(tuán)聚，傳統(tǒng)方法依賴復(fù)雜步驟與長(zhǎng)時(shí)間熱解，難以實(shí)現(xiàn)單原子催化劑的高效率、低成本制備。

針對(duì)上述挑戰(zhàn)，團(tuán)隊(duì)總結(jié)了近年來(lái)的超快合成單原子催化劑策略，利用瞬時(shí)高能量沖擊（如焦耳加熱、微波輻射、脈沖放電等）在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)金屬原子的精準(zhǔn)錨定，同時(shí)避免基底材料熱損傷，為SACs的高效合成開辟新路徑。此外，還總結(jié)了超快合成單原子催化劑方法的優(yōu)勢(shì)、電催化應(yīng)用等（圖1）。

圖1 超快合成單原子催化劑策略餅狀圖

團(tuán)隊(duì)詳細(xì)回顧了超快合成單原子催化劑的發(fā)展歷程（圖2），從微波法、焦耳熱法快速合成單原子催化劑，到最近陳鵬萬(wàn)教授團(tuán)隊(duì)自主開發(fā)的脈沖放電法可以在百微秒的時(shí)間內(nèi)合成高分散、高穩(wěn)定性的非對(duì)稱配位結(jié)構(gòu)單原子催化劑，該脈沖放電法還可以很容易推廣到雙原子催化劑、負(fù)載型納米團(tuán)簇催化劑的高效率、低成本合成。

圖2 超快合成單原子催化劑發(fā)展歷程

近年來(lái)，超快合成單原子催化劑方法發(fā)展十分迅速，為高效率、大規(guī)模制備單原子催化劑提供了新的解決方案。本綜述不僅系統(tǒng)分析了焦耳熱法、微波法、脈沖放電法等超快合成單原子催化劑策略的機(jī)制和特點(diǎn)，還探討了其在規(guī)?；a(chǎn)中的潛力。未來(lái)，超快合成單原子催化劑技術(shù)有望應(yīng)用于綠氫制備、燃料電池及碳資源轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域，同時(shí)與可再生能源電力資源相結(jié)合，助力“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。