近日，我所催化与新材料研究中心（1500组群）王晓东研究员、林坚研究员团队与福州大学林森教授团队合作，在单原子催化剂外围结构调控及其作用机制的研究方面取得新进展。
单原子催化概念自提出以来，已成为多相催化领域研究热点之一。本工作提出“由外向内”的单原子催化剂设计策略，分别构筑了外围具有五元环、六元环几何结构的单原子催化剂，并揭示单原子外围效应的作用机制。研究发现，与外围六元环吡啶氮配位的铁（Fe）单原子相比，五元环吡咯氮配位的Fe单原子价态更高，能够提高二氧化碳（CO2）电还原性能。多种表征和理论计算研究表明，单原子Fe与邻近配位五元环吡咯氮原子之间d-p耦合相互作用增强，导致单原子Fe的d轨道中心上移，其*COOH和*CO中间体具有合适的吸附强度，进而提高催化活性。进一步，团队将外围效应拓展到镍（Ni）等其它M-N-C单原子体系，发现具有类似效果，表明基于外围几何结构调控单原子中心催化性能具有一定普适性。
此外，团队还研究了外围氮物种分布方式对单原子催化剂的影响规律。团队发现，外围氮的随机分布可温和调节铱（Ir）单原子催化剂对反应中间物种的吸附强度，有利于同时提高丙烷脱氢反应的活性和选择性。该研究加深了对单原子催化剂外围物种作用方式的理解。
王晓东、林坚团队长期致力于单/双原子、亚纳米催化剂结构调控方面的基础及应用研究，在单原子中心微环境作用（Nat. Catal.，2022；J. Am. Chem. Soc.，2023；Angew. Chem. Int. Ed.，2024；Chem. Eng. Sci.，2024；Small，2025）、双原子协同催化（Adv. Mater.，2022；Angew. Chem. Int. Ed.，2023；J. Am. Chem. Soc.，2024；Angew. Chem. Int. Ed.，2024）等方面取得系列进展。本工作在前期工作基础上，将研究内容拓展至单原子外围环境的精准调控，为高效单原子催化剂的设计提供新思路。
相关进展中针对外围几何结构效应的研究，以“Outside-in” Design of Single-Atom Catalysts: Linking Specific Peripheral Geometry to Defined CO2 Reduction Performance”为题，发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上，并被评为Hot Paper；针对外围物种分布状态的研究，以“Regulating Peripheral Nitrogen Dopants in Single-Atom Catalysts to Enhance Propane Dehydrogenation”为题，发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上，并被评为VIP文章；关于单原子催化外围效应的展望，以“Peripheral effect promotes single-atom catalysis”为题，发表在《配位化学综述》（Coordination Chemistry Reviews）上。上述工作得到国家自然科学基金委“单原子催化”基础科学中心项目、国家自然科学基金、辽宁省兴辽英才计划、中国科学院青年创新促进会等项目的资助。（文/图 陈洋、曹利茹）
文章链接：https://doi.org/10.1002/ange.202511184；https://doi.org/10.1002/anie.202416912；https://doi.org/10.1016/j.ccr.2025.216649
