自张涛院士等人在2011年提出“单原子催化剂”（SACs）的概念以来，设计在不同载体上的单原子金属催化剂已广泛应用于热催化、电催化、光催化等多相催化。为了满足大规模反应体系的需要，稳定载体表面的全孤立(或局部金属键合)金属原子形成超高表面密度的活性中心，对于最大限度地发挥单原子多相催化剂的工业潜力非常重要。如果单个金属原子能够在载体上达到超高的表面密度(每平方纳米> 5个原子)，则可以大大提高催化材料的整体催化活性，这是由于相邻原子之间的协同催化效应（超高密度SACs https://doi.org/10.1002/sstr.202200041）。
新型非晶金属超薄纳米结构材料(AMUNMs)可以被视为一种潜在的超高密度(每平方纳米~10个原子)的原子级催化剂(UHD ALCs)独立体系(包括0-D、1-D和2-D超薄纳米结构)，可用于广泛的电化学转化应用(如图1所示)。超薄的纳米结构(单原子层或少原子层厚度)、远距离无序排列的原子结构(大量空位和微孔)和丰富的金属-非金属配位结构(超高密度配位原子结构)使AMUNMs具有较高的金属原子利用率、高的电催化效率和令人满意的稳定性。特别地，AMUNMs可以看作是一种新型的自支撑原子级催化剂体系。本文系统总结了AMUNMs在电催化方面的意义，并通过几个典型的研究案例分析了AMUNMs(UHD ALCs)的制备方法、结构表征和催化应用（论文信息：Amorphous metallic ultrathin nanostructures: A latent ultra-high-density atomic-level catalyst for electrochemical energy conversion, International Journal of Hydrogen Energy, DOI:10.1016/j.ijhydene.2022.06.049）。
从AMUNMs到UHD ALCs的结构转化涉及到介观纳米结构的调控和微观原子结构的优化，需要平衡多种关系才能获得完美的结果。在介观纳米尺度和微观原子尺度上开展“材料设计”和“构效关系”的研究，加深对催化材料活性和稳定性的认识，确实是一项有意义的工作。非晶态催化材料的“空位和多孔结构”、“原子配位结构”和“电子结构”对电催化性能有重要影响。因此，我们建议对AMUNMs的结构转化与电催化效率进行因果分析，开展“结构-活性关系”(即电催化效率与空位-原子-电子结构的关系)研究，以实现高催化活性和稳定性的UHD ALCs的功能调控。综合得出了电催化材料的科学理论和设计原则(如图2所示)。
图2本文提出的从AMUNMs到UHD ALC设计原则及路线图。
本文首次提出了超高密度原子级催化剂(UHD ALCs)的概念，以生动描述非晶金属超薄纳米结构材料(AMUNMs)，并对其潜在的结构优势、合成方法和近三年来的电催化应用进行了综述。显然，AMUNMs可以提供很多结构上的优势:(i)超薄的非晶态催化剂可以暴露更多的空位缺陷和不饱和配位键，这些通常被认为是催化反应的有效活性位点(最高原子效率);(ii)超薄非晶催化剂具有丰富的亚纳米微孔结构，可同时实现表面和体积的协同催化行为(内外催化效应);(iii)超薄非晶催化剂由于其电解-催化剂界面非常大，可以实现快速电化学全重建(快速电化学活化)。基于AMUNMs的UHD ALCs是一种最新的、有前途的用于不同类型反应的电催化剂。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360319922026015
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