【做计算 找华算】
理论计算助攻顶刊，
50000+
成功案例，全职海归技术团队、正版商业软件版权！
单原子催化剂（SA催化剂）是近年来催化研究领域的重要发展方向，因其具有高原子利用效率、优异的催化活性和稳定性，成为了研究热点。然而，单原子催化剂的实际应用面临着结构不均匀、金属原子聚集以及载体表面限制等问题，这些问题限制了催化活性和可重复使用性。尤其是在异质催化中，金属单原子的扩散受限，且载体表面的复杂结构使得反应底物难以与催化活性位点充分接触，从而影响催化性能。此外，大多数载体在反应环境中不可溶，进而影响反应介质向活性位点的扩散，进一步降低了催化效率。针对这些挑战，科学家们提出了一系列创新策略以提高单原子催化剂的催化效率和稳定性。
为了解决上述问题，
上海交通大学邱惠斌团队、Xi Liu、中国科学院上海高等研究院Lina Li联合浙江理工大学沈程硕教授等人
在Science Advances期刊上发表了题为“Soft nanoforest of metal single atoms for free diffusion catalysis”的最新论文。
研究者们开发了基于聚合物胶束刷的软纳米森林系统，用于在常规电极上固定单原子催化剂。这种纳米森林系统通过动态配位作用有效固定金属单原子，并在室温下通过简单的浸泡方法实现了33种金属单原子的固定，且金属负载量可达到40.9 wt%。
该系统具有开放的结构和溶剂化良好的配位环境，使得金属单原子能够在水性电解质中充分暴露其活性位点，极大地提高了催化性能。研究结果表明，铂单原子纳米森林在氢气生成反应中表现出优异的电化学性能，同时，该系统也能够在阴离子交换膜电解槽中实现多个单原子的同时固定，从而支持长期稳定的水电解反应。这一创新的催化剂设计为单原子催化剂的应用提供了新的思路和技术路径。
1. 实验首次开发了基于胶束刷的单原子纳米森林系统，成功将33种金属单原子固定在常规电极上，金属含量从8.3%到40.9%不等。
2. 实验通过采用具有高度溶剂化的聚(2-乙烯基吡啶)冠层的胶束刷结构，在常温下实现了金属单原子的固定。该结构的森林状层次化开放软性特性，以及金属与吡啶基团之间的动态配位作用，促进了单原子的稳定分散。
3. 实验结果表明，形成的金属单原子纳米森林在水性电解质中具有良好的溶剂化效果，能够全面暴露原子级活性位点，显著提高了催化性能，特别是在氢气生成反应（HER）中的电化学性能。
4. 研究还发现，Pt单原子纳米森林在镍泡沫上的表现出色，具有高效的氢气生成催化性能。该纳米森林不仅展现了优异的电化学性能，还能够在阴离子交换膜电解槽中稳定地固定多个单原子，从而实现长期稳定的水电解反应。
图5. Pt单原子纳米森林作为氢气生成反应催化剂的电化学性能
图6. 含多个单原子的纳米森林在阴离子交换膜电解槽中的制备
本文研究提出了一种基于胶束刷衍生的软纳米森林系统，成功解决了传统金属单原子催化剂在载体表面扩散受限的问题。该系统不仅能够在常规电极上高效固定33种金属单原子，还能提供开放的扩散通道，促进反应介质的自由流动，从而提高催化效率。这一发现揭示了在软纳米结构中引入溶剂化配位位点和动态配位作用的优势，有助于改善催化反应的活性与稳定性。
