Materials Today最新綜述：單原子催化劑機械化學制備及多元化催化應用進展

?【摘要】負載型單原子催化劑是2011年來在材料科學和工程領域發展迅速的一種新型的催化劑，它在催化劑的高穩定性、高活性和高性能的優勢上發揮著重要的作用。機械化學球磨過程會自發地產生強大的剪切力和較高的局部溫度，這將重建材料的化學鍵，并改變表面化學特性。球磨法是一種簡單、可靠的納米材料大規模合成方法，也可用于單原子催化劑的合成。本文首次系統地綜述了球磨法制備負載型SACs的方法和原理，包括：溶劑輔助球磨法、無溶劑球磨法和球磨磨損-熱霧化聯合法。同時，綜述了機械球磨法制備的SACs的多相催化應用(包括熱催化、光催化和電催化)的最新進展。指出了球磨機衍生SACs在實際工業生產和應用中的挑戰和前景。毫無疑問，SACs的機械化學制備已經成為亞納米制造和多相催化領域的一個熱門研究領域（詳情微信搜一搜“負載型單原子催化劑”或“單原子催化劑機械化學制備”）。??

本綜述的圖片摘要?????????

目前，對于機械球磨法制備SACs的研究大多集中在應用部分，對于球磨法制備SACs的基本原理尚不清楚。在本綜述論文中，作者將機械球磨策略分為兩大類: (1)溶劑輔助球磨策略和(2)無溶劑球磨策略。系統總結了兩種策略的基本原理和典型的準備案例。在這兩種策略的基礎上，作者進一步將球磨策略分為四類:(1)加熱處理;(2)不進行熱處理;(3)酸處理;(4)無酸處理。通過上述四類的對比分析，我們詳細討論了輔助或后續處理條件對機械球磨策略合成SACs的影響和意義。最后，介紹了機械球磨法制備SACs在熱催化、光催化和電催化等廣泛領域的應用實例，并提出了機械球磨法制備SACs的前景和挑戰。特別是基于機械力化學和熱霧化的組合策略可能是最有前途的工業應用技術之一。

圖1. 干法球磨制備SACs：(a)不同制備尺度下Au1/CeO2催化劑的AC HAADF-STEM圖像和Au1/CeO2-10的元素映射圖像。(b)不同制備尺度下Au1/CeO2催化劑的Au 4f核能級xps譜。(c)不同制備規模的Au1/CeO2催化劑圖。

圖2. 濕法球磨制備SACs：(a)所開發的球磨方法示意圖;(b) Co-SNC的HAADF-STEM圖像。比例尺2 nm;(c) CoSNC的edx測繪圖像。比例尺，50 nm;(d) Co-SNC催化劑的數字照片;(e) Co- snc的k邊XANES譜和(f) Co- snc R空間中k3加權EXAFS譜的FT

Co- nc催化劑，其中Co箔作為參考;(g) Co-SNC的FT-EXAFS擬合曲線.

圖3.?球磨磨損法制備SACs：?(A)制備SACs的不同方法的比較示意圖;(B) M (Fe,Co,Ni,Cu)-N-C的理論分析;(C) Fe₁-NC的高分辨率HAADF-STEM圖像;(D) Fe1-C3N4的高分辨率HAADF-STEM圖像。

圖4.?球磨法制備SACs的催化應用。

【結論】本文綜述了球磨合成單原子的機理以及球磨對SACs的作用。作者首次創新地將機械球磨策略分為溶劑輔助球磨策略和無溶劑球磨策略兩種，并給出了詳細的案例分析，詳細討論了兩種策略的基本原理以及溶劑輔助/無溶劑對球磨合成SACs的影響。詳細討論了這兩種策略的基本原理以及溶劑的存在和不存在對球磨法制備SACs的影響。在這兩種策略的基礎上，作者進一步細分為加熱/不加熱和酸/非酸處理，以上述四類作為對照組，研究輔助處理條件對機械球磨法制備SACs的影響。球磨是金屬現場分散的前提,?熱處理可以將球磨前驅體轉變為特定載體上的單個原子。熱霧化可以有效地將納米顆粒轉化為單原子，可用于純化基于球磨的單原子產品。最后，介紹了機械球磨法制備的SACs在熱催化、光催化和電催化領域的應用實例。綜上所述，基于球磨工藝簡單、環境友好、制備量大等優點，機械-化學法制備SACs在多相催化領域具有廣闊的應用前景。

Yifan Hu, Bolin Li, Changlin Yu, Haocheng Fang, Zesheng Li, Mechanochemical preparation of single atom catalysts for versatile catalytic applications: A perspective review, Materials Today, 2023.

https://doi.org/10.1016/j.mattod.2023.01.019?

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