近日，吉林大学管景奇教授课题组撰写了一篇关于多原子催化剂（MACs）在电催化应用中的进展的综述。该综述总结了MACs的合成策略、原位结构表征以及反映结构-活性关系的特征，包括组成和构型、电子分布以及多种功能效应。随后，强调了高性能MACs的设计原则，涉及多原子位点、配位环境、界面缺陷、反应介质，以及包括生物启发设计和计算学习预测在内的特殊思路。并提供了在能源存储和转换技术中的应用。最后，以对MACs在初始阶段的发展的一些个人见解和展望作为结尾。该综述成果以“Advances in multi-atom catalysts for electrocatalytic applications”为题，于8月18日发表在Materials Science and Engineering: R: Reports期刊上。

目前，大多数SACs均为单功能氧还原反应（ORR）催化剂。即使是双功能催化剂，其析氧反应（OER）催化活性也无法与对应的纳米催化剂相媲美，且稳定性亦不理想。双原子催化剂（DACs）通过构建同核/异核双原子位点，利用协同作用调节反应吸附，从而在一定程度上突破了SACs活性位点单一的局限性。然而，由于DACs活性位点中原子数量的限制，协同效应的复杂性和可调性受到限制，使其难以同时满足高活性和高选择性的要求。进一步调整活性位点中的原子数目（如孤立的三原子位点、四原子位点和六原子位点）所形成的协同网络，可通过多原子位点的动态结构变化（如几何结构和电子相互作用）改善小分子反应物和反应中间体的吸附与活化，并可提供多活性位点催化或多反应中间体以实现多功能催化，从而提升催化效率和选择性。然而，目前含有孤立三原子位点的MACs及其以上结构的活性位点的制备过程和电子结构复杂，其中间吸附行为和反应路径尚未得到充分认识，这在一定程度上限制了MACs的发展，使其仍处于初级阶段。此外，目前尚无综述从全方位角度对MACs进行详细而系统的概述，为促进其发展提供参考。

图1 MACs的合成策略

首先，基于对已报道的MACs合成策略的分析，介绍了主要存在的五种常用且有效的MACs的制备合成策略，即前驱体预选-热解策略、空间限域-热解策略、配位稳定策略、MOF-热解策略和簇沉积策略。不同的合成策略具有各自的优缺点，需要根据不同的需求选择和设计，比如同核/异核MACs，结构的稳定性等。合成具有多原子位点结构的MACs通常需要满足至少原子级分散、避免金属迁移和聚集以及具有明确的多原子结构。

因此，合适的合成策略对于制备具有明确多核结构的MACs以及分析结构-活性关系具有重要意义。

论文链接：

//www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0927796X25001688