开发兼具优异催化性能与高效金属利用效率的单原子催化剂（SAC）是当前催化领域的研究热点。为实现高效催化，关键在于精准调控SAC活性位点的配位微环境并确保其充分暴露于反应物体系，这一目标的实现仍面临挑战。本工作提出了诱导交联-配位组装技术制备共轭配位聚合物气凝胶材料的新策略，其充分发挥了共轭配位聚合物材料和气凝胶材料的结构优势。一方面，精准设计金属原子的种类和共轭有机配体的官能团/共轭结构，可实现共轭配位聚合物气凝胶催化剂中金属单原子活性位点配位结构的精准调控；另一方面，共轭配位聚合物气凝胶催化剂具有多级孔结构，可充分暴露金属单原子活性位点，并利用孔富集效应来提高金属单原子活性位点表面的局部反应物浓度，从而实现催化反应动力学的提升。该策略具有良好的普适性，可成功合成以镍、铜，锌等金属单原子为活性中心的共轭配位聚合物气凝胶，有望为开发高性能的金属单原子催化剂提供有益借鉴。
背景介绍
面对日益严峻的全球能源和环境挑战，推进可再生清洁能源的利用迫在眉睫。电催化技术用于高效转换/储存可再生清洁能源被认为是最有前景的途径之一。开发低成本、高性能的电催化剂对加速催化反应动力学具有重要意义。金属单原子催化剂，因其具有金属原子利用率高、电子结构和活性位点可精准设计等优点，在很多催化反应中展现出优异的性能，具有巨大的应用潜力。其中，作为一类金属单原子催化剂，共轭配位聚合物的分子结构可通过调节金属和共轭配体种类进行精准设计，以灵活改变其金属活性位点的电子结构及其对催化反应中间体的吸附/脱附行为，进而对催化反应动力学产生重要影响。然而，共轭配位聚合物材料容易发生团聚，会严重降低其金属活性位点的可及性，进而降低其催化性能。
本文亮点
1. 本工作提出了诱导交联-配位组装技术制备共轭配位聚合物气凝胶材料的新策略，其充分发挥了共轭配位聚合物材料和气凝胶材料的结构优势。
2. 使用高前驱体浓度策略可以很容易地制备具有高密度单原子金属（13-15 wt%）（如Ni、Cu、Zn等）的CCPA催化剂，该策略可以同时允许CCP颗粒生长和多孔气凝胶形成。
3. 将Ni-CCPA应用于碱性OER，与非气凝胶Ni-CCP相比，Ni-CCPA表现出更优异的碱性OER性能和更快的碱性OER动力学。
4. 本文结合一系列实验表征与理论模拟结果证明，与Ni-CCP相比，Ni-CCPA具有多级孔结构，可充分暴露金属单原子活性位点，并利用孔富集效应来提高金属单原子活性位点表面的局部反应物浓度，从而实现催化反应动力学的提升。
论文DOI：10.1002/adma.202420565
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