一、研究背景

功能催化材料在环境、生物、能源等领域显示出巨大的潜力。通常，通过调整材料的组成、形态和尺寸，可以通过合适的合成方法相应地设计表面化学反应的活性位点近年来，各种纳米材料的制备方法被广泛报道，包括溶剂热反应、电沉积、球磨、超声波剥离和化学处理等。然而，由于上述方法条件温和，前驱体往往形成热力学上有利的结构（如异质结构和多晶结构），从而阻碍了材料的固有性质。例如，很难突破元素组合的不混溶性来合成全新的单相多金属材料。同时，在大多数常见的合成过程中，会发生表面氧化、团聚和不同组分之间的弱相互作用，导致催化性能不理想。此外，应该指出的是，上述大多数方法都是耗时的，并且受大规模生产的限制，从而导致催化材料的生产率低下。因此，寻找一系列简便有效的、能够承受恶劣动力学条件的合成策略，以获得催化材料独特的化学和物理性能，是十分必要和重要的。

最近，焦耳加热方法被认为是一种创新的快速合成功能催化材料的策略，具有以下优点：得益于极快的加热速率（例如105 K s−1），可以在短时间内获得超高温，这有利于防止活性位点在长期操作过程中进一步氧化和团聚此外，高温处理有利于金属盐/块状金属转变为液态合金，有效地实现了多种金属的互溶性。随后的快速猝灭为形成亚稳纳米材料提供了充分的动力学条件，亚稳纳米材料具有结构畸变和缺陷的特征，从而提供了丰富的不配位催化位点需要注意的是，较短的停留时间（10-1000 ms）对于高级催化剂的合成和筛选是有效的，其中带有前驱体的自加热模式可以降低能耗，提高生产效率。通过调整催化剂合成中焦耳加热的技术参数，可以有效地修饰材料，建立相关可靠的结构-效应关系因此，新的焦耳加热方法具有许多优点，为实现功能催化剂的有效设计和合成提供了一条有希望的途径。

在这里，我们系统地总结了最近通过焦耳加热设备合成催化材料的方法，如图1所示。首先，我们介绍了焦耳加热技术的基本原理和基本参数，包括设置，超快速加热/冷却的机理以及焦耳加热的特点优势。然后，基于各种功能催化材料，回顾了焦耳加热的有效改性策略，为设计先进的催化材料提供了新的认识。最后，对催化材料焦耳加热方法的发展前景提出了建议和挑战。

图1.快速焦耳加热法合成高效催化剂示意图。

二、摘要

功能催化材料在环境、生物、能源等领域发挥着重要作用，通过不同的合成策略可以赋予其独特的性能。然而，传统的催化剂制备方法存在条件温和、处理时间长、能量传递效率低等缺点，导致催化剂的固有表征（如表面氧化和团聚）受到限制。近年来，快速焦耳加热设备作为一种新型的合成方法，因其可控的动力学条件和环保的操作而受到广泛关注，但对其机理、优点和最新进展的综述不多。在此，我们系统地总结了焦耳加热技术的基本原理和参数，以及基于焦耳加热的有效改进策略的最新进展。同时，从催化材料的角度对焦耳加热方法提出了展望建议和挑战。本文综述为设计先进的催化材料提供了参考。

三、结论

本文首先简要介绍了快速焦耳加热合成有效催化剂的设备设置、基本原理和优点。通常，焦耳加热法受益于极快的加热和淬火速度，有利于防止活性位点在长期运行中进一步氧化和团聚，这为合理设计高活性催化剂提供了平台。因此，通过焦耳加热可以有效地实现异质结、分散良好的纳米颗粒、单原子、缺陷和高熵合金等多种催化剂构建策略，并报道了相关的研究成果。尽管许多基于焦耳快速加热的工作已经被广泛报道，但这种方法仍然存在一些挑战，需要克服这些挑战。

综上所述，新型焦耳加热方法具有诸多优势，为实现有效的催化剂构建策略提供了一条有希望的途径，在不同领域的功能催化剂的有效合成和设计方面具有巨大的应用潜力。

图2.(a)基于焦耳加热的卷对卷工艺示意图。(b) FJH设置示意图与(c)纳米材料的SEM图像。(d)样品合成过程示意图。(e)样品的EDX元素映射图像。