近日，化学与化工学院2021级化学专业硕士研究生彭丞为第一作者（师资博后王明月、李莎副研究员为共同第一作者），在国际顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》（IF=16.6）上发表题为《A General Strategy Based on Hetero-Charge Coupling Effect for Constructing Single-Atom Sites》的最新研究成果。论文通讯作者为化学与化工学院吴孔林副教授、张奎教授和曾杰教授，安徽工业大学为第一通讯单位，中国科学技术大学为共同通讯单位。

单原子位点催化剂因其活性中心均一、原子利用率高、催化活性高等特点，其在能源存储、气敏传感、有机反应、光催化、模拟生物酶催化、气固相反应等领域表现出优异的性能和潜在的应用价值。此外，单原子催化有可能解决催化科学的一些基本问题，贯通多相催化与均相催化之间的认识差异，减小理论计算与实际实验之间差异，从而推动催化相关理论的进一步发展，给催化界、材料学界、化学界带来新的机遇。然而，如何实现金属单原子位点的理性设计与精准构筑、宏量制备是该领域面临的巨大挑战。

（基于HCCE可控合成Fe₁/NSC催化剂的制备示意图及相关表征）

本研究提出了一种基于异电荷耦合效应（HCCE）新策略，其利用质子化聚合物前驱体的正电荷与金属离子的负电荷之间的静电相互作用，成功构建了17种单原子位点材料，并实现了金属中心从一元到多元金属活性中心的可控调节。此外，该方法还能实现单原子位点材料的宏量合成，一次可以实现50克级可控合成（以Fe₁/NSC为例）。

（基于HCCE实现单原子位点材料的普适性合成）

进一步以电化学硝酸根还原为模型反应，选取一元金属单原子位点（M₁/NSC，M = Fe、Co、Ni、V、Cr、Mn、Mo、Pd、W、Re、Ir、Pt、Bi等）催化剂系统评价了其在电化学硝酸根还原反应中的性能，并利用原位衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）和密度泛函理论（DFT）计算揭示了Fe₁/NSC催化剂在硝酸还原反应中的催化机制和活性来源。最后，以Fe₁/NSC为阴极组成Zn-NO₃⁻概念性电池器件，其展示出高功率密度和很好的稳定性。该研究为氮氧化物资源高效利用与能量供给耦合提供了有意义的探索与实践。

（一元金属单原子位点材料用于电催化硝酸根还原性能及活性来源揭示）

（基于硝酸根还原反应组成的Zn-NO₃⁻概念性电池器件性能）

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202408771

（撰稿：吴孔林  审核：韩新亚 黄宇弦）