华东理工大学杨化桂/刘鹏飞/练成，发表AM！

单原子合金(SAAs)已经成为CO₂电还原合金催化剂的一种新的设计概念。SAAs通过最大化原子效率、促进氢溢出、打破尺度关系和克服传统催化剂的局限性，比传统催化剂表现出更优的性能。特别是，Cu基SAAs利用其独特的d轨道电子排布与反应物形成最佳的键合相互作用，导致选择性和催化活性的提高。

从合成的角度来看，合金组分的不适当选择总是导致稀释金属原子的不稳定性或聚集。尽管理论研究已经提供了对稳定性因素的准确预测，但与传统合金设计中的描述符类似，当前描述符仍然集中在热力学参数上，如聚集能、偏析能和掺杂键强度。因此，了解影响SAAs稳定性的因素，特别是控制原子扩散的微观机制，对于设计更耐用和高效的催化剂至关重要。

近日，华东理工大学杨化桂、刘鹏飞和练成等以原子扩散合金弥散过程的稳定能为指导，提出了一种基于载体扩散原子合金d-p轨道匹配策略的一般筛选原则，用于快速评估SAA组合的弥散稳定性。

弥散规则源于载体与弥散金属原子之间特有的d-p轨道相互作用，揭示了具有d¹电子构型或完全填充内d轨道且部分占据外s和p轨道的客体金属元素，比那些仅部分占据d轨道的客体金属元素表现出更好的弥散稳定性。这种方法还为工作条件下合成热力学稳定的SAA体系提供了一个框架。

更重要的是，实验验证了d-p轨道匹配策略在二元、三元和多元Cu基SAA合金中的适用性，突出了该理论框架在指导合成稳定、选择性SAA体系方面的普遍性和可扩展性。以Sb₁Cu为概念验证，在电子显微镜和光谱技术的支持下，对酸性CO₂RR条件下的结构稳定性和产物选择性进行了实验研究。

结果显示，Sb₁Cu在200 mA cm^-2时的CO法拉第效率高达99.73±2.5%。此外，其他合成的Cu基SAA也表现出超过70%的单碳产物选择性。综上，该项工作不仅指导了热力学稳定性Cu基SAA体系的制备，还建立了CO₂电解选择性与d-p轨道相互作用之间的明确关系。

Orbital matching mechanism-guided synthesis of Cu-based single atom alloys for acidic CO₂ electroreduction.Advanced Materials, 2025. DOI: 10.1002/adma.202500343