目前，單原子催化劑的規模化制備技術，依然是制約其工業應用的關鍵阻礙之一。雖然科研工作者已經開發出這樣那樣的制備方法，但是，這些策略大多需要經過復雜的流程，規模化制備方法依然不可期。其中，納米顆粒秒變單原子催化劑的制備策略受到極大關注。
2018年，清華大學李亞棟院士課題組和中科大吳宇恩課題組發展了一種簡便易行的NH3輔助氣體遷移策略，實現了塊體金屬直接轉化為單原子催化劑，該方法極具工業級大規模制備可行性。
研究人員首先在1173K高溫和Ar氛圍下，ZIF-8熱裂解形成具有大量缺陷位的N摻雜碳載體；然后在NH3氛圍下，基于路易斯酸堿強相互作用，NH3和泡沫銅表面的銅原子配位形成易揮發的Cu(NH3)x物種，銅以原子態發射出去。最后同樣在NH3氛圍下，Cu(NH3)x物種被N摻雜的碳載體中的缺陷捕獲，形成孤立的銅位點，然后形成單原子銅催化劑。BET測試表明這種單原子催化劑的比表面為832 m2g-1，ICP-AES測試表明銅負載量為1.26%，計算可知銅原子表面覆蓋度為0.06原子/nm2，這些特征使得這種催化劑尤其適用于ORR反應。結果表明，N摻雜碳負載的單原子Cu催化劑ORR性能優于N摻雜石墨烯負載的單原子Cu催化劑和商業Pt/C催化劑。
2019年8月21日，在工作的基礎上，中國科學技術大學的吳宇恩教授和華東理工大學的段學志教授等人報道了同樣利用這種氣體遷移策略，成功將塊體Cu2O直接轉化成單原子Cu催化劑的研究成果，單原子Cu催化劑的制備可以達到克級。
研究表明，與其他銅基電催化劑相比，該單原子催化劑具有良好的氧還原性能，半波電位為0.92 V vs RHE。另外，通過改變金屬氧化物前驅體種類，研究者成功實現了不同種類單原子催化劑的制備，表明該方法具有優良的普適性。
從金屬銅到銅氧化物，最新成果進一步驗證了通過體遷移策略使塊體材料直接變為單原子催化劑的可行性。固然，這種制備策略要想走向實際體系，還存在不少細節問題和實際操作可行性需要解決，但是，這已經在單原子催化劑的工業應用之路上邁出了一大步。
1.Yunteng Qu, Yuen Wu, Yadong Li et al. Direct transformation of bulk copper into coppersingle sites via emitting and trapping of atoms. Nature Catalysis 2018.https://www.nature.com/articles/s41929-018-0146-x2. Zhengkun Yang, Bingxu Chen, Wenxing Chen, Yunteng Qu, Fangyao Zhou, Changming Zhao, Qian Xu, Qinghua Zhang, Xuezhi Duan & Yuen Wu. Directly transforming copper (I) oxide bulk into isolated single-atom copper sites catalyst through gas-transport approach. Nat. Commun., 2019https://www.nature.com/articles/s41467-019-11796-4
