单原子催化剂因其高原子利用率和优异的催化活性，被视为革新现有水处理技术的重要突破点。当前相关主流研究主要聚焦于粉末催化剂的创制与性能机制研究，材料规模化应用仍面临传质受限、催化剂流失与回收困难、量产技术缺失等挑战。当前已有少量研究尝试通过将单原子催化剂抽滤至有机膜表面制备复合催化膜材料来解决上述问题，但这一松散结合的材料组装方式以及有机膜易氧化降解等特点导致所制复合膜材料实用性不高，且材料的规模化制备技术缺乏，也难以满足规模化水处理需求。针对上述挑战，潘丙才教授团队联合景德镇陶瓷大学创新性地利用陶瓷膜材料优异的热稳定性、耐腐蚀性、集成性及规模化制备性，提出了多级孔结构跨尺度组装策略，实现了单原子催化剂与陶瓷膜的结构与功能耦合，通过微孔结构锚定单原子、纳米孔结构强化传质、大孔陶瓷基体提供机械强度与工业兼容性，成功实现单原子催化剂在陶瓷膜中的稳定集成与可规模化制备。
该研究提出的跨尺度组装策略成功将锰单原子催化剂（Mn-SA）限域负载于ZrO2陶瓷膜纳米孔内（Mn-SA@CM），攻克了单原子催化剂在水处理应用中稳定性差、规模化难、传质受限等三大技术瓶颈。中试验证表明，该体系处理1200升医院废水时，对目标污染物去除率持续保持在97%以上，同时实现了超快催化速率（9.8×104 min⁻1）与超高透水性（150 L·m⁻2·h⁻1）的协同突破，连续稳定运行7天无性能衰减现象。该策略可拓展至铁、钴、铜等多种单原子体系，为单原子催化技术从实验室走向工程应用提供了切实可行的解决方案。
研究成果以“Large-scale deployment of single-atom catalysts via cross-scale confinement in ceramic membranes for advanced water treatment”为题在线发表于知名学术期刊Nature Water上（原文链接：https://www.nature.com/articles/s44221-025-00512-w）。景德镇陶瓷大学材料学院杨玉龙博士、硕士生李豪、团队副研究员付宛宜为共同第一作者，潘丙才教授、付宛宜副研究员、常启兵教授（景德镇陶瓷大学）为通讯作者。研究得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、江西省自然科学基金、江西省重点研发课题、南京大学水污染控制与资源绿色循环全国重点实验室开放课题等项目资助。
