焦耳热作为一种非平衡态合成方法,由于其特殊的快速升温,高温处理和快速冷却的特征,正在获得越来越广泛的关注和研究。使用该方法获得新型纳米材料是值得研究的。由于焦耳热的快速升温的特征,在高温处理时待热处理前驱体挥发生成的中间产物在加热局部会有较高的浓度,在高温下产生的活性组分能被基底捕获,形成单原子或金属颗粒。快速的处理和快速的降温,减少了金属的迁移和团聚,从而可以获得更高质量的单原子或高分散的金属颗粒。与此同时,由于焦耳热的最高瞬时温度较高,非金属掺杂的含量由此被抑制,从而为合成有较少非金属掺杂污染的单元子或金属催化剂提供了可能。在该研究中,我们探索了焦耳热合成纳米材料,并且开发了新的合成方法,使用焦耳热方法处理吸附了金属有机配合物的炭黑前驱体,可控地合成了单原子催化剂,负载型金属催化剂。我们还将合成的材料应用于电催化二氧化碳还原中。虽然单原子用于电催化二氧化碳还原已经被广泛地研究,但是在现今已合成的碳载单原子中,往往在合成过程中引入了过量的孤立的且环境复杂的非金属掺杂,这对于理解和解释催化剂的性能是巨大的阻碍。而在这里使用焦耳热合成的催化剂中的未配位孤立氮（吡啶、吡咯、石墨氮）的数目被极大的限制了,绝大多数的氮均用以配位稳定金属中心。由于孤立氮的缺失,基底的产氢（HER）被极大的限制了,所得Ni-Nx单原子催化剂在H池测试中展示出了高CO选择性下的极宽电位范围（-0.7 to-1.9 V vs.RHE,FECO＞92%）和稳定性。这种焦耳热合成策略亦被拓展用于合成Fe,Co,Cu和Zn单原子,且展示了规模化连续焦耳热合成的可能性。