单原子催化剂因其具有高原子利用率、独特的电子结构和优秀的催化性能等优势，而引起了科学家们广泛的研究兴趣。其催化性能在很大程度上取决于活性位点的暴露和传质特性。合理的结构设计和合成策略，可以暴露出大部分单原子位点并使其直接参与催化反应，从而大幅提高催化性能。因此，直接将金属位点锚定在中空载体的外表面，是一种制备高性能单原子催化剂的有效策略。

近日，新加坡南洋理工大学的楼雄文教授和内蒙古大学的谷晓俊教授联合报道了一种新型的表面暴露的镍单原子催化剂(Ni SAs@S/N-FCS)。得益于大量表面暴露的单镍原子以及先进的中空结构，所制备的Ni SAs@S/N-FCS催化剂对电催化析氧反应(OER)表现出了明显的反应动力学增强以及高效的电催化活性。

Ni SAs@S/N-FCS催化剂主要通过以上步骤合成。首先通过水热法制备得到类足球状的CdS前驱体。然后，在碱性环境下通过自聚合作用在CdS表面生长一层均匀的3-氨基苯酚/甲醛(3-AF)聚合物。再将产物和NiCl2进行化学气相沉积煅烧，最终得到Ni SAs@S/N-FCS催化剂。

经过高温煅烧之后，FESEM图像显示了所制备的Ni SAs@S/N-FCS催化剂完美继承了CdS模板的类足球外形。并且，随着CdS的热裂解挥发从而形成中空结构。此外，球差校正的HAADF-STEM图像进一步揭示了单镍原子主要暴露在载体的外表面。

电化学测试结果显示Ni SAs@S/N-FCS的催化活性远高于镍颗粒催化剂(Ni NPs@S/N-FCS)，表明Ni SAs@S/N-FCS催化剂中的NiN4位点有利于促进OER此外，相比于不含金属的空载体(S/N-FCS)，Ni SAs@S/N-FCS催化剂的过电位也显著降低，这些结果表明均验证了表面暴露的单镍原子可能是真正的活性中心。原位同步辐射表征结果揭示了所制备的镍单原子具有独特的电压驱动的动态行为。此外，DFT计算也证实了扶手椅形的ACG-NiN₄-SC催化结构具有最优的决速步能垒，从而有利于OER过程。该工作将为设计和制备用于各种能源储存和转化应用所需的表面暴露单原子催化剂提供新灵感。