随着科学技术的迅猛发展,人类生活水平得到显著改善,在衣食住行等诸多方面变得更加富足和便捷,但是整个过程离不开能源的大幅度使用,因此能源短缺问题引发全球广泛关注。如何提高能源的高效利用则成为解决能源问题的关键。众所周知,催化在能源有效利用方面起着不可或缺的作用,而催化的关键在于催化剂的制备。目前,单原子（SAs）及纳米团簇（NCs）催化剂由于具有独特的组成结构和功能导向,已成为催化领域的前沿和热点。因此,实现不同尺寸金属催化剂的可控制备并用指导催化反应高效进行是催化领域的一项重要挑战。基于此,本文主要开展如下研究工作:1.太阳能高效驱动CH₄直接转化为高附加值液态含氧化合物并防止其过度氧化是一项巨大挑战。通过在空气气氛下煅烧尿素和钨酸钠混合物,将W中心锚定在聚合物氮化碳中（W-SA-PCN）,实现了低成本W单原子光催化剂（SAPs）的批量制备。SAPs能够氧化H₂O原位生成H₂O₂,同时可以将H₂O₂分解为·OH,有效避免了由于·OH浓度过高造成的过度氧化现象。W-SA-PCN整合H₂O₂生成、分解以及CH₄活化多功能于一体,能够显著促进CH₄向C1含氧化合物的转化。C1产物产率高达4956μmol·g^-1_cat,远高于已报道的纯水体系中非贵金属光催化剂的催化效果,这项工作为构建光催化CH₄氧化的高效催化剂提供了新的见解。2.超细fcc Ru NCs由于具有较高的催化活性而备受关注。然而,尺寸约1 nm的fcc Ru NCs具有高的表面能,在制备和应用过程中极易发生聚集,因此,超小尺寸fcc Ru NCs的合成非常困难。通过对多元金属有机骨架进行限域热解,原位形成的载体捕获超细Ru fcc NCs,揭示了Ru SAs到1.33 nm NCs转化过程中Ru中心的成核行为。系统研究表明,在初始成核过程中,Ru中心倾向于从SAs优先聚集成超细fcc NCs,利用原位形成的N掺杂多孔碳对超细晶核进行分离,能够得到0.93 nm,1.15 nm和1.33 nm Ru fcc NCs。1.33 nm fcc Ru NCs在氨硼烷甲醇分解反应中表现出优异的催化性能,TOF高达1300.53 min^-1。这项工作提出一种可控制备超细fcc Ru NCs的新策略。