近期合金催化领域的进展催生了一系列具有定制化功能的新型材料。其中，铜基单原子合金（SAA）催化剂因其独特的电子结构和几何协同效应，在催化应用中受到广泛关注。
然而，选择能够在铜基底上保持稳定分散的合金原子是一个挑战，目前主要依赖经验。其根本瓶颈在于，调控分散稳定性的微观机制尚不清楚，且缺乏一种能够同时实现分散稳定性与高催化活性的铜基单原子合金体系的设计方法。
基于此，2025年3月19日，华东理工大学杨化桂、刘鹏飞、练成等人在国际知名期刊Advanced Materials发表题为《Orbital Matching Mechanism-Guided Synthesis of Cu-Based Single Atom Alloys for Acidic CO2 Electroreduction》的研究论文。
在此，通过理论与实验相结合，研究人员发现了一种简单直观的d-p轨道匹配机制，可用于快速评估铜基单原子合金的原子分散稳定性，并展现出其在二元、三元及多元体系中筛选有效单原子合金的普适性和可扩展性。
在原型反应——酸性二氧化碳电还原中，新设计的单原子合金表现出优异的催化选择性，所有单原子合金均实现了单碳产物选择性超过70%，其中Sb1Cu在200 mA cm⁻²的电流密度下，二氧化碳还原为一氧化碳的法拉第效率达到99.73% ± 2.5%。
本研究确立了铜基单原子合金的设计原则，使其兼具优异的分散稳定性和选择性，将有力推动超高性能单原子合金在电催化等先进应用领域的发展。
Orbital Matching Mechanism-Guided Synthesis of Cu-Based Single Atom Alloys for Acidic CO2 Electroreduction, Advanced Materials, 2025.https://doi.org/10.1002/adma.202500343
