近日，中國科學技術(shù)大學研究團隊開發(fā)出一套利用電化學沉積制備單原子催化劑的普適性方法，并成功制備出34種單原子催化劑，覆蓋了多種過渡金屬和襯底。該研究成果發(fā)表于《自然·通訊》雜志。

研究人員在電化學三電極體系下進行電化學沉積，又探究了沉積條件對單原子形成的影響，發(fā)現(xiàn)：當金屬負載量低于某一限度時，可以獲得單原子；高于這一限度時則有金屬團簇或顆粒形成，這一變化類似于液相中晶體生長中的成核過程。為了證明該方法的普適性，研究人員又在氫氧化鈷、硫化鉬、氧化錳、氮摻雜的碳等襯底上成功獲得覆蓋3d，4d，5d金屬的單原子催化劑，并且對所制備的單原子催化劑的結(jié)構(gòu)表征后發(fā)現(xiàn)，陰極和陽極沉積獲得的同一單原子催化劑具有不同的電子結(jié)構(gòu)，這為其在不同催化反應(yīng)中的應(yīng)用提供了可能。

試驗結(jié)果表明，陰極沉積所得的一些催化劑在電催化析氫反應(yīng)中表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。同時，陽極沉積所得的一些催化劑在電催化析氧反應(yīng)中也表現(xiàn)出了良好的性能。該普適性方法不僅為單原子催化領(lǐng)域注入了新的活力，而且為今后系統(tǒng)性研究催化劑結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系提供了新的思路。

單原子催化劑因為具有最大化的原子利用率和獨特的電子結(jié)構(gòu)，在水解、氧還原、二氧化碳加氫、甲烷轉(zhuǎn)化等化學反應(yīng)中受到了廣泛關(guān)注。但目前合成單原子催化劑的方法對單原子和襯底都有較高的要求，還不能實現(xiàn)在任何襯底上制備任何的金屬單原子催化劑。因此，開發(fā)對襯底和金屬無選擇性的普適性單原子合成方法具有重要意義。