综述：解锁单实体碰撞电化学的新兴催化应用

这篇综述系统阐述了单实体碰撞电化学（SECE）技术在催化研究中的突破性应用。通过高时空分辨率（亚毫秒级）实时监测纳米颗粒（NPs）、单原子合金（SAA）和酶分子等单实体的电催化行为，实现了催化剂快速筛选、组装结构原位识别及动态构象追踪，为精准解析结构-活性关系提供了新范式。

　　

单实体碰撞电化学：催化研究的微观革命

引言
传统电化学测量受限于宏观平均效应，难以揭示单实体（如NPs、酶分子）的本征催化特性。单实体碰撞电化学（SECE）通过记录纳米颗粒随机碰撞微电极产生的瞬态电流（峰型、阶梯型等信号），在单分子水平实现了高时空分辨率（微秒级）的动态监测。这种技术不仅能规避添加剂干扰，还可通过统计电荷量、电流幅值等参数精准解析催化机制。

催化剂与载体的高效筛选
SECE通过原位电沉积-瞬时检测联用策略，成功筛选出最优催化结构。例如：

• 在K₂PtCl₆溶液中脉冲沉积Pt壳层至Au NPs表面，发现Pt/Ag原子比1:7.4的核壳结构具有最佳ORR活性
• 调控Au-Ag单原子合金（SAA）的原子间距至1.9 nm时，催化活性达到峰值
• 尺寸≤20原子的Pt_n团簇因原子级排列优势，比大尺寸团簇活性提升4倍

组装结构与活性的原位关联
磁性场调控为研究组装-活性关系提供了新视角：

• NiZnFeO_x NPs在400 mT磁场下电流提升118%，而团聚体仅增强80%，证实分散态更利于自旋排列
• 2层MoS₂因边缘缺陷位点丰富，HER活性是3层的2倍，磁场诱导不可逆团聚后电流增幅达3倍
• 通过电流寿命分析（<10 ms为单颗粒，>10 ms为团聚体），实现了Au NPs聚集状态的单颗粒级监测

动态催化行为的实时追踪
SECE成功捕捉到催化过程的瞬态现象：

• 单个过氧化氢酶分子呈现3类电流"尖峰"，对应亚毫秒级构象波动；250 mT磁场使信号变为单一宽峰，揭示铁活性中心受限
• Pt NPs表面氧纳米泡的生成/坍塌过程被实时记录，添加表面活性剂PEG后电流幅值降低50%，消泡剂则使信号恢复
• 配体保护的Au₂₅²⁺团簇在ORR中呈现"开关式"电流波动，源于Au₂₅⁹⁺核构象变化引发的配体可逆解离

挑战与展望
尽管SECE在单实体催化研究中展现出独特优势，仍需优化：电极界面接触（如N修饰碳锥电极）、信号去噪算法（Hilbert-Huang变换）、机器学习辅助瞬态信号分类等。未来在双原子催化剂、单团簇催化剂等新兴体系的动态监测中，SECE技术将发挥更关键作用。