导语
在环境保护和能源转换等关键领域，单原子催化剂（SACs）因独特电子结构和最大化活性位点暴露而备受瞩目。然而，传统制备方法因金属负载量低、易团聚等问题，限制了其实际应用。近期，郑州大学卢思宇教授、加州大学洛杉矶分校段镶锋教授等人在《Nature Synthesis》发文，报道了一种通过金属硫化物介导的原子化过程合成超高密度金属 - 氮 - 碳（UHDM - N - C）单原子催化剂的普适性合成方法，为解决 SACs 制备难题提供了新思路。
研究亮点
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郑州大学卢思宇教授与加州大学洛杉矶分校段镶锋教授等成功开发金属硫化物介导的原子化过程，合成超高密度金属 - 氮 - 碳单原子催化剂，适用于多种金属，实现 17 种金属负载量超 20 wt%，突破传统 SACs 金属负载量瓶颈。
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通过原位 XRD、TEM 以及分子模拟，揭示动态纳米颗粒到单原子的转变过程，强调了高氮掺杂和金属硫化物介导过程的重要性。
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在电催化氧气进化反应中，随着 Ni 含量增加，单原子催化剂展现出金属负载量依赖的活性，且制备的 UHDNi - N - C SACs 具有优异的 OER 性能，其 ƞj100 仅为 309mV，为能源转换技术中的高性能 SACs 研发带来新机遇。
图文解析
图 1 展示碳点辅助构筑碳基超高载量金属单原子催化剂的合成示意图，形象地揭示了金属硫化物介导的原子化过程，为理解其合成机制提供直观依据。
图 2 对超高 Ni 载量 UHDNi--N--C SACs 样品进行结构表征，通过多种表征手段，证实了其超高金属负载量下单原子分散的状态，为后续性能研究奠定基础。
图3 体现超高载量单原子催化剂普适性制备的优势，涵盖多种金属元素，拓宽了 SACs 的应用范围，展示了该合成方法的广泛适用性。
图 4 针对超高载量高熵单原子催化剂表征，进一步凸显该方法在制备复杂多金属 SACs 方面的能力，为高熵合金等相关领域与 SACs 的结合提供可能。
图 5 深入探究金属硫化物分解及高密度金属原子位点重构机理，从原子层面解析动态转变过程，加深对合成机制的理解，为优化制备工艺提供理论支持。
图 6 展开 OER 性能探究，以具体实验数据和图表形式，直观呈现超高密单原子催化剂在实际催化反应中的卓越性能，验证其在能源转换领域的应用潜力。
总结与展望
该研究建立超高 N 掺杂辅助 MxSy 纳米颗粒到单原子的过渡策略，合成高金属负载的 SACs，解决了关键制备难题。实验和理论分析表明，这种动态原子化转换在能量上是有利的，超高 N 掺杂是实现 UHDM - N - C SACs 的先决条件，且该方法具有普适性，可扩展到制备高熵 UHD SACs。这为能源转换技术中的高性能 SACs 研发铺平道路，未来有望在更多领域实现突破。
深圳中科精研作为专注于焦耳加热设备研发与生产的高科技企业，其产品在单原子催化剂研发领域具有重要应用价值。焦耳加热设备凭借高精度温度控制和快速升温降温特性，为单原子催化剂的制备提供了理想的热处理条件。
在金属硫化物介导的单原子催化剂合成过程中，需要精确控制热驱动分解步骤。中科精研的焦耳加热设备能够确保金属硫化物在设定温度下均匀受热，实现可控分解，释放出金属原子。同时，在金属原子被捕获形成热力学稳定的 M - N - C 结构单元的关键阶段，设备可稳定维持反应所需温度，保障单原子分散状态的形成。
深圳中科精研的焦耳加热设备以其卓越的性能，为单原子催化剂的研发提供有力支持，助力科研人员突破制备瓶颈，推动高性能催化剂在能源转换等领域的广泛应用。