完成单位：北京市科学技术研究院分析测试研究所（北京市理化分析测试中心），清华大学，香港城市大学

完成人：刘向文，王定胜，江静静，张泽栋，杨嘉睿，魏晓晓，晁婷婷

成果简介：单原子/纳米催化材料的精准合成与性能优化是推动其工业化应用的重要科学问题，发展高效的单原子/纳米催化材料合成技术以及理解其构效关系成为该领域的重要挑战。针对上述挑战，研究模式正逐步转向先进原位表征技术与材料合成及催化的深度融合。这种“合成-表征-理论”的协同研究范式，不仅为新兴催化材料的理性设计提供了可靠的实验支撑，更推动了催化材料从经验研发向精准合成的转变。

申请人围绕单原子/纳米催化材料的形成机制以及构效关系开展了系列原位表征和分析工作：发展了单原子/纳米催化材料在合成过程中的原位表征分析方法；设计并开发了基于光谱学的单原子/纳米催化材料在催化过程中的原位评测系统；建立了单原子/纳米催化材料在催化过程中构效关系的原位表征方法；实现了单原子/纳米催化材料在催化作用中的实时原位分析检测，为深入理解单原子/纳米催化材料的催化机理以及合成更优催化剂材料提供了新的方法和思路。

相关成果发表在PNAS、Nat.Commun、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Chem、Nano Lett.等高水平期刊，10篇代表作他引650余次，相关论文他引总数超过2600次。制定国家标准1项，授权发明专利2件。本项目成功支撑神舟-19号“地外人工光合作用空间站技术实验项目”，并服务多家企业与科研院所，实现应用转化超190万元。

创新点及科学价值：①从单原子/纳米催化材料的合成出发，采用原位表征技术研究其形成机制，对于后续相关材料的理性设计提供了实验支撑和研究思路，有利于从源头上去了解单原子/纳米催化材料的构效关系。②催化过程通常表现为及其复杂的微观结构变化，本成果开发多种原位分析手段的联用技术，从不同角度去理解催化反应的真实过程，最大程度避免了“盲人摸象”式的研究结果，所得到的催化材料构效关系更为准确。③针对于单原子催化材料，开发出系列针对单原子材料独有的原位表征分析方法与技术，通过多种原位分析技术的综合利用，成功应用于原子级分散催化样品的研制，为其在进一步的工业化应用上提供了可靠的技术支撑。

社会经济效益：本项目成功支撑神舟-19号“地外人工光合作用空间站技术实验项目”，并服务多家企业与科研院所，为空间技术研究院、北京单原子催化技术有限公司、中国电力科学研究院有限公司，中国科学院化学研究所，中国中医科学院西苑医院等多家企业和科研院所提供技术支持，签订技术服务合同总计金额超190万元。

应用前景：为解析催化剂的构效关系，催化剂失活原因，研究催化机制，优化单原子/纳米材料催化剂的合成方法等提供了直观的数据支持。为高效、稳定催化剂的开发提供了坚实的理论指导。为进一步推动催化剂在材料、化学、能源等领域的应用创造了新的机遇。