摘要：具有单原子杂原子掺入的金属氧化物纳米结构引起了许多应用的兴趣。然而，具有高杂原子浓度的通用且可扩展的合成方法是一个巨大的挑战，主要是由于Mhetero-O 和Msub-O单元之间存在明显的结构差异。

具有单原子杂原子掺入的金属氧化物纳米结构引起了许多应用的兴趣。然而，具有高杂原子浓度的通用且可扩展的合成方法是一个巨大的挑战，主要是由于Mhetero-O 和Msub-O单元之间存在明显的结构差异。

2024年10月29日，苏州大学陈金星副教授与加州大学河滨分校殷亚东教授国际顶级期刊Nature Communications发表题为《Universal and scalable synthesis of photochromic single-atom catalysts for plastic recycling》的研究论文，Yu Liu、XuchunWang、XiaodongLi为论文共同第一作者，陈金星副教授与殷亚东教授为论文共同通讯作者。

陈金星，苏州大学副教授。2013年本科毕业于济南大学；2018年在中国科学技术大学获得化学博士学位（导师：葛学武教授），博士期间前往美国University of California Riverside（UCR）殷亚东教授课题组联合培养；2018年至2021年于殷亚东团队从事博士后研究。

陈金星副教授近年来主要从事纳米材料可控合成、塑料催化转化与可持续研究，目前以第一（共同）通讯作者在Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc. 、Matter、Angew. Chem. Int. Ed.、Acc. Chem. Res.、Nano Lett.、 ACS Nano、Adv. Funct. Mater.等化学、材料领域高水平期刊上发表70余篇学术论文。

殷亚东，加州大学河滨分校教授。1996年及1998年于中国科学技术大学获得学士及硕士学位，2002年于美国华盛顿大学获博士学位（导师：夏幼南教授），之后在美国加州大学伯克利分校与劳伦兹伯克利国家实验室工作（导师：A. Paul Alivisatos教授）。2006年就职于加州大学河滨分校。曾于2011年入选“全球顶尖一百化学家榜单”，同年入选“全球顶尖一百材料科学家榜单”并排名第二。

殷亚东教授的研究领域包括纳米材料的合成，表征与应用；光子晶体的组装和应用；胶体和界面化学；以及基于纳米结构的智能材料。

在本研究中，以TiO2为例，研究人员展示了二甘醇（DEG）辅助的合成平台，该平台专为M1-TiO2纳米结构库的受控制备而设计，包括15种不同的一元M1-TiO2纳米结构，以及两种二元和三元复合材料。

这项研究利用二甘醇的独特性质，通过钝化杂原子的水解活性来提供精确的动力学控制，同时通过引入短程有序结构来耗散与杂原子结合相关的自由能来实现热力学控制。

M1-TiO2纳米结构的特点是表面具有独特且丰富的M-O-Ti单元，在光致变色光热催化回收废聚酯方面表现出高效率的特性。这一通用合成平台有助于制备在催化、能量转换和生物医学领域具有广泛适用性和重要性的材料。

图1：二甘醇（DEG）辅助合成Fe1-TiO2纳米结构

图2：Fe1-TiO2纳米结构的X射线吸收光谱（XAS）研究

图3：二甘醇（DEG）辅助合成的反应机理

图4：合成策略的通用性

图5：光热催化

本论文研究了通用且可扩展的合成方法，用于制备具有高浓度单原子杂原子掺杂的TiO2纳米结构，这些结构在塑料回收等应用中表现出色。作者成功制备了15种不同的单一组分M1-TiO2纳米结构以及二元和三元复合材料，这些材料在光致变色光热催化回收废弃聚酯方面展现出高效率，对催化、能量转换和生物医学等领域具有重要意义。

该研究不仅推动了单原子催化剂的合成技术，还为塑料回收提供了高效、可持续的解决方案，具有广泛的应用前景，尤其是在促进塑料循环利用和减少环境污染方面。此外，这种合成平台的普适性和精确控制能力使其在制备具有广泛适用性的材料方面具有重要价值。

Liu, Y., Wang, X., Li, X. et al. Universal and scalable synthesis of photochromic single-atom catalysts for plastic recycling. Nat. Commun. 15, 9357 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53774-5.

来源：华算科技