【研究背景】

自2011年张院士提出单原子催化概念以来，单原子催化剂(SACs)因其极高的原子利用率和优异的催化性能而受到越来越多的关注。机械化学是一种有效的合成技术，它利用机械能来启动固体前体的物理和化学转化以及不同固体之间的化学反应。在机械力化学过程中，很少或不使用溶剂，这就是为什么它被称为绿色化学的关键技术之一。球磨是实现机械化学的重要方法之一。用硬钢或氧化物球反复挤压材料，以便在反应物界面处以较低的温度启动化学反应。由于球磨工艺简单、可扩展、成本低、环境友好等优点，已广泛应用于各种催化材料的大规模制备。与其他公斤级SACs制备方法相比，机械球磨法制备SACs具有以下显著优势:(1)金属原子中心可以高度均匀地分散在载体上，实现金属原子的单原子级分散。(2)可制备高质量/体积性能的高密度SACs，用于缺陷较多的支架的多功能催化应用。(3)在很大程度上可以制备出不需要添加溶剂或不需要进一步热处理的SACs，对环境更加友好。(4)简单高效，无放大效应，可轻松制备公斤级催化剂，且催化剂结构不变。

【文章简介】

球磨法是一种简单、可靠的纳米材料大规模合成方法，也可用于单原子催化剂的合成。本文首次系统地综述了球磨法制备SACs的方法和原理，包括：溶剂辅助球磨法、无溶剂球磨法和球磨磨损-热雾化联合法。同时，综述了机械球磨法制备的SACs的多相催化应用(包括热催化、光催化和电催化)的最新进展。指出了球磨机衍生SACs在实际工业生产和应用中的挑战和前景。不可否认，SACs的力学化学构建已经成为亚纳米制造和多相催化领域的一个热门研究领域（详情微信搜一搜“负载型单原子催化剂”或“单原子催化剂机械化学制备”）。

图1. 本综述大纲。

图2. 球磨法制备SACs的催化应用。

【本文要点】

要点一：明确了“机械球磨法制备SACs”的类别

对于机械球磨法制备SACs的研究大多集中在应用部分，对于球磨法制备SACs的基本原理尚不清楚。在本综述论文中，作者将机械球磨策略分为两大类: (1)溶剂辅助球磨策略和(2)无溶剂球磨策略。在这两种策略的基础上，作者进一步将球磨策略分为四类:(1)加热处理;(2)不进行热处理;(3)酸处理;(4)无酸处理。

要点二：介绍了“机械球磨法SACs”的催化应用

通过上述类别的对比分析，作者详细讨论了辅助或后续处理条件对机械球磨策略合成SACs的影响和意义。介绍了机械球磨法制备SACs在热催化、光催化和电催化等广泛领域的应用实例，并提出了机械球磨法制备SACs的前景和挑战。特别是基于机械力化学和热雾化的组合策略可能是最有前途的工业应用技术之一。

要点三：展望“机械球磨法SACs”的未来前景

基于球磨工艺简单、环境友好、制备量大等优点，机械-化学法制备SACs在多相催化领域具有广阔的应用前景。综上所述，如何通过简单的机械球磨制备具有超高活性位点密度的SACs材料将是未来机械球磨发展的重要趋势。“双螺杆挤压”连续生产SACs和“机械磨损+热雾化”联合生产SACs也可能是力学化学领域的新方向。

【结论】

本文综述了球磨合成单原子的机理以及球磨对SACs的作用。作者首次创新地将机械球磨策略分为溶剂辅助球磨策略和无溶剂球磨策略两种，并给出了详细的案例分析，详细讨论了两种策略的基本原理以及溶剂辅助/无溶剂对球磨合成SACs的影响。最后，介绍了机械球磨法制备的SACs在热催化、光催化和电催化领域的应用实例。综上所述，基于球磨工艺简单、环境友好、制备量大等优点，机械-化学法制备SACs在多相催化领域具有广阔的应用前景。

Yifan Hu, Bolin Li, Changlin Yu, Haocheng Fang, Zesheng Li, Mechanochemical preparation of single atom catalysts for versatile catalytic applications: A perspective review, Materials Today, 2023. 

https://doi.org/10.1016/j.mattod.2023.01.019