近日，東南大學物理學院王金蘭、凌崇益團隊提出“單原子飽和度（SSA）”模型，將客體金屬電子-幾何效應、主體金屬調控規律及中間體吸附構型納入統一框架，為單位點催化劑的理性設計提供了“原子尺規”，相關研究成果以“Single-Atom Saturation: A Fundamental Principle for Single-Atom-Site Catalyst Design”（單原子飽和度：單原子位點催化劑設計的基本原則）為題發表在國際頂級期刊《美國化學會會志》(Journal of the American Chemical Society)上。

單原子合金催化劑因其兼具單原子分散位點高活性和合金材料高穩定性的雙重優勢，在電解水、二氧化碳還原、氮氣還原等重要能源反應中展現出巨大潛力。然而，傳統理論模型（如d帶中心理論）難以準確預測單原子體系的催化性能，機器學習方法雖能實現性能快速預測，卻無法揭示物理化學本質。因此，長期以來，單原子合金催化劑的“結構-活性”關系缺乏統一理論框架，導致實驗篩選與設計存在盲目性。如何建立簡明、可解釋的活性描述符，成為該領域亟待突破的難題。

針對這一問題，團隊通過高通量計算與物理化學分析，提出“單原子飽和度（SSA）”模型，從電子結構與幾何結構雙重維度構建了普適性描述符。SSA綜合考慮了單原子活性位點的d電子占據飽和度（Sd）、配位飽和度（Sc）、主體原子類型（Ch）以及中間體吸附構型（α）四大關鍵因素，成功量化了不同反應中關鍵中間體（如*CO、*OH、*H、*N）的結合強度。基于該模型，團隊預測了多個高效催化劑體系，結果與已報道實驗數據高度吻合。此外，單原子飽和度更可拓展應用于非金屬載體負載的單原子催化劑表面，展現出很強的普適性。該工作揭示了單原子位點催化劑在多種化學反應中的構效關系，為單原子位點催化劑理性設計提供了基本準則。

本文的第一作者是任春錦博士和崔煜博士，王金蘭教授及凌崇益教授為共同通訊作者。該工作受到國家重點研發計劃、國家自然科學基金重點項目、優青項目等資助。