在單原子催化劑（SACs）領域中，對金屬單原子位點的控制得到了廣泛的研究。然而，基質材料中介孔結構的精確控制卻被忽視，介孔結構與質量擴散直接相關，可能在提供工業相關反應速率方面發揮主導作用。

基于此，萊斯大學汪淏田教授（通訊作者）等人報道了一種通用的SAC合成策略，該策略可以控制單原子位點的原子結構和碳載體的介孔結構，以優化催化性能。

在不同類型的硬模板的輔助下，作者制備了一系列M-SACs（M?=?Ni、Co、Mn、Zn、Cu、Sc和Fe）以及多元M-SACs，包括二元、三元、四元和多達七個不同的金屬中心。更重要的是，通過調整硬模板的介孔結構，能夠以三維（3D）或二維（2D）的方式控制碳基質中的質量擴散，從而控制催化劑的反應活性，尤其是在大反應速率下。

作者利用相同Ni單原子位點上的電化學CO₂還原反應（CO₂RR）作為代表性反應，證明了Ni-SACs中的微觀結構控制對其CO₂RR性能在提供工業相關電流密度方面的顯著影響。

因此，不同Ni-SACs上的CO法拉第效率（FE）在低電流密度（≤50?mA?cm^-2）下非常相似，但在350?mA?cm^-2的大電流密度下具有3D擴散通道的Ni-SACs保持了超過90%的CO FE，顯著優于其他2D質量擴散Ni-SACs以及之前的報道。同一Ni單原子位點上CO₂RR周轉頻率（TOF）值的差異可達6.6倍，表明SACs中的微觀結構調整對其未來工業應用的重要性。

A general synthesis of single atom catalysts with controllable atomic and mesoporous structures. Nat. Synth., 2022, DOI: 10.1038/s44160-022-00129-x.

https://doi.org/10.1038/s44160-022-00129-x.