近期，云南大学材料与能源学院、云南省微纳材料与技术重点实验室柳清菊教授团队何天威副教授针对新型单原子合金催化体系开展了研究，相关研究成果发表在Angewandte Chemie （2025, doi.org/10.1002/anie.202520426，IF = 16.9）、ACS Catalysis（2025, 15, 10005-10017, IF = 13.1）期刊上，具体如下：
1.实现将二氧化碳高效转化为高附加值的多碳产物（如乙醇、乙烯）是构建绿色能源体系的关键难题。然而，传统铜基催化剂在选择性与能效方面均存在瓶颈。单原子合金（SAAs）因其可在原子尺度精细调控表面结构，被视为突破CO2电还原催化瓶颈的重要方向。在本研究中，我们通过大规模理论计算，系统考察了29种Cu基单原子合金，结合恒电位密度泛函理论、表面Pourbaix图与显式溶剂分子动力学模拟，揭示了一个普适且前所未见的现象：吸附强度随掺杂元素呈现“强→弱→强”的非单调周期规律。这种由掺杂原子调控的电子结构扰动，使得催化剂表面天然形成既强吸附又弱吸附的非对称活性位点，大幅促进*CO-*CO偶联，从而提升C2+产物的生成效率。基于这一新原理，我们提出了一种快速筛选优质SAAs的电子结构描述符，并成功预测出多种高性能候选，包括ScCu、VCu、ZrCu、NbCu与TaCu。其中NbCu展示出更低C-C偶联能垒与形成乙醇的可行反应路径。本研究为SAA催化剂的理性设计提供了全新的理论框架，并为推进CO2电还原技术迈向高选择性与高效率提供了重要科学依据。研究成果“From Dopant Periodicity to Asymmetric Sites: Steering C-C Coupling in Single-Atom Alloy Catalysts for Electrochemical CO2 Reduction”发表于Angew. Chem. Int. Ed.（DOI: doi.org/10.1002/anie.202520426），云南大学为第一完成单位，云南大学材料与能源学院何天威副教授为论文第一作者兼通讯作者，柳清菊教授为共同通讯作者。
2.单原子合金（Single-Atom Alloys, SAAs）作为近年来催化科学的前沿研究热点，因其高度分散的活性位与独特的电子结构而展现出卓越的催化性能，在能源转化、环境治理及电化学反应中显示出巨大潜力。然而，稳定性问题始终是限制其走向实际应用的关键瓶颈。本综述系统总结了单原子合金在结构和催化过程中的稳定性机理，并基于最新的理论计算和实验进展提出未来研究方向。在固有结构稳定性方面，文章深入讨论了单原子在金属表面发生迁移、聚集及向体相偏析的热力学驱动力；同时对晶面、尺寸及金属组合等因素进行系统分析，为理性设计稳定SAAs 提供数据支撑。在催化稳定性方面，综述重点阐述了反应中间体（如 *CO、*H、*OH）、氧化剂及电化学环境对SAAs表面结构演化的影响，揭示了外界条件下单原子的动态行为与失活机制。此外，文章整合了多种前沿表征技术（如XAFS、HR-TEM、原位光谱）与机器学习预测模型，展示了多尺度、多手段协同解码SAAs 稳定性的研究范式。综述最后提出了加强主体金属抗溶解能力、抑制掺杂原子流失、引入强金属-载体作用以及开展原位监测等多项策略。本综述不仅为理解单原子合金的稳定性提供了系统框架，也为未来设计更高效、更耐久的单原子合金催化剂指明了方向，为绿色能源催化与新材料研发注入了新的动力。研究成果“Stability of Single Atom Alloys Catalyst: A Theoretical and Experimental Perspective ”（DOI: https://doi.org/10.1021/acscatal.5c01586 ）”发表在ACS Catalysis上。云南大学为第一完成单位，云南大学材料与能源学院的何天威副教授为论文第一作者兼通讯作者，柳清菊教授为共同通讯作者。
上述研究得到了国家重点研发计划、云南省重大科技专项、国家自然科学基金面上项目、云岭学者专项计划、云南省兴滇英才项目、云南大学“双一流”建设等项目的支持，以及云南省微纳材料与技术重点实验室、云南大学电镜中心、云南大学先进计算中心、云南大学现代分析测试中心等研究平台的支持。
来源：材料与能源学院
编辑：张懿淼 责任编辑：李哲
