要实现对原子组成和原子位置的调控、电子结构的调节以及对原子水平反应的理解，就必须控制原子的精确生长。

2024年8月26日，李玉良院士、山东大学薛玉瑞教授团队在Nature Communications期刊发表题为“Growing highly ordered Pt and Mn bimetallic single atomic layers over graphdiyne”的研究论文。

该研究报道了一种在温和条件下将零价铂原子和单原子厚度的锰原子有序锚定在石墨炔上的简便方法。由于石墨炔与金属原子之间存在强烈而不完全的电荷转移，因此可以抑制金属团簇和纳米颗粒的形成。双金属纳米片的尺寸、组成和结构受到石墨炔天然结构限制效应的精确控制。实验表征清楚证明了这种精细控制过程。电化学测量结果表明，石墨炔上铂-锰界面的活性位点保证了烯烃转化为二醇的高催化活性和选择性（~100%）。该研究为通过活性位点原子工程获得高性能纳米材料奠定了坚实基础。

该研究通过简单的GDY诱导吸附/锚定方法，在石墨炔上（PtMn/GDY）实现了铂锰双金属纳米片的原子精确生长。PtMn/GDY的结构清晰，具有单原子厚的平面形态，活性位点排列整齐，金属原子电子态可调，有望充分激活负载的金属原子，实现最大活性位点。GDY与金属原子之间的不完全电荷转移效应以及两种原子之间的协同效应可以产生特定的烯烃/中间体吸附位点，提高电催化效率。因此，零价PtMn/GDY（Pt0Mn0/GDY）可以通过从水中提取氧/氢物种，选择性地将苯乙烯（ST）电氧化为1-苯基-1,2-乙醇二醇（PED），在常温常压下，转化率高达100%，PED选择性高达100%。利用这一GDY催化平台，可以合理调节双金属金属原子阵列（MAA）催化剂的结构，并探索反应过程中活性位点的变化。研究人员相信，GDY可以为绿色可持续能源催化系统提供一个独特平台。

图1. Pt0Mn0/GDY的合成路线示意图

图2. GDY泡沫的形貌表征和Pt0Mn0在GDY上的生长

图3. 样品的结构表征

图4. PtMn/GDY的结构调制

图5. Pt0Mn0/GDY的电化学烯烃-二醇转化性能

图6. Pt0Mn0/GDY的原位结构表征

总之，该研究通过石墨炔平台实现了单原子层状Pt-Mn双金属纳米片的可控生长，GDY中受限富炔孔隙促进了Pt原子和Mn原子的有序排列。通过仔细控制这两种金属原子的含量比例，可以轻松获得可调成分和价态的催化剂。Pt和Mn均为零价态（Pt0Mn0/GDY）时，该催化剂在常温常压下具有最高的ST-to-PED催化选择性和催化性能。Pt0Mn0/GDY中GDY与金属原子之间特定的不完全电荷转移、两种原子之间的协同效应以及sp-C ~ Pt0Mn0键的形成保证了其出色的催化活性和稳定性。这些研究结果表明，GDY具有优异的本征性能，是绿色可持续能源催化系统的理想平台。

https://doi.org/10.1038/s41467-024-51687-x