催化是化學工業的核心之一，深刻影響現代社會與科技的發展。近年來，單原子催化引起了學界和業界的關注。在制造高密度單原子催化劑時，單原子易聚集成團簇，導致制造效率和穩定性偏低。因此，如何抑制團簇的形成是制造高密度單原子催化劑的主要挑戰之一。
近期，中國科學院力學研究所與德國馬克斯-普朗克高分子研究所、浙江大學、江蘇大學、愛沙尼亞塔爾圖大學合作，提出了通過氣壓控制金屬擴散來制造超高密度單原子催化劑的新方法。這一成果為制造高密度單原子催化劑提供了新思路，并為未來挑戰物質科學極限、實現原子級精準制造奠定了基礎。
單原子催化是更精細地控制化學反應的技術。這一技術以單個金屬原子為發生催化的活性位點，提升金屬原子的利用效率和催化反應活性。研究發現，降低氣壓抑制了金屬原子的團簇，使單原子負載量幾乎是在大氣壓下獲得的三倍。研究通過分子動力學和計算流體力學模擬，揭示了氣壓變化調控單金屬原子和團簇形成的機理：通過減小氣壓，增大氣體分子的平均自由程，可降低金屬團簇概率，提高金屬-配體結合概率，促進單金屬原子形成。進一步，研究人員通過電催化氧還原反應驗證了該方法的穩定性，并在單個銅原子上實現了烏爾曼型碳氧偶聯反應，拓展了單原子催化的應用場景。
相關研究成果以Single-Atom Catalysts through Pressure-Controlled Metal Diffusion為題，發表在《美國化學會志》（JACS）上。研究工作得到中國科學院相關項目、中國力學學會青年人才蓄水池項目的支持。