Irving-Williams序列指出，随着3d过渡金属离子在周期表中的原子序数d₀到d₁₀，其配合物的稳定性呈现出特定的M型趋势。3d过渡金属单原子与载体之间的键合作用来源于晶体场稳定能（CFSE），其中部分金属离子受到Jahn-Teller效应影响，导致几何扭曲，可以改变CFSE，从而影响Irving-Williams序列。尽管Irving-Williams序列已经为合成3d过渡金属配合物提供指导，但将这一理论应用于设计单原子位点（SASs）催化剂的研究尚未有报道。

近期，天津工业大学仲崇立/黄宏亮/李健团队在Angew. Chem. Int. Ed. 期刊发表了题为“Engineering Single-Atom Sites with the Irving-Williams Series for the Simultaneous Co-photocatalytic CO₂ Reduction and CH₃CHO Oxidation”的文章，开发了一种带有邻菲罗啉单元的共价邻菲罗啉框架（CPFs）材料，用于锚定d₅到d₁₀的SASs（Mn²⁺、Fe³⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺和Zn²⁺）。Irving-Williams序列准确预测了上述单原子位点催化剂的稳定性和电荷转移效率。其中Cu-SASs/CPFs在光还原CO₂到CO和光氧化CH₃CHO到CH₃COOH中表现出最优异的活性，远远超过其他metal-SASs/CPFs。(图1)

采用电感耦合等离子体发射光谱测定了金属含量（图2a），Mn-、Fe-、Co-、Ni-、Cu-和Zn-SASs/CPFs的金属含量分别为0.16 wt%的Mn、0.12 wt%的Fe、0.84 wt%的Co、1.74 wt%的Ni、2.87 wt%的Cu和0.52 wt%的Zn。与Irving-Williams序列得预期相匹配，预示了其稳定性顺序。

通常，物质的结合能越大，其键长就越短。如图2b所示，Cu-SASs/CPFs的平均键长比其他metal-SASs/CPFs短。相应地，metal-SASs/CPFs中Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn原子的Bader电荷分别为-0.70、-0.62、-0.78、-0.82、-1.02、和-0.71（图2b），表明Cu-SASs从CPFs框架中获得了最多的电子，从而提高了电子转移数。此外，时间分辨光致发光光谱（图2c）显示Cu-SASs/CPFs具有较短的荧光寿命，支持更快的电子转移效率。因此，Irving-Williams序列也可以说明电子转移效率。

基于Irving-Williams序列预测的高稳定性和快电荷转移效率，在H₂O/DMF/TEOA体系中测试了光催化反应。在还原反应的半反应中，CO和CH₄是CO₂光还原的主要产物。如图3a所示，与其他metal-SASs/CPFs相比，Cu-SASs/CPFs的总电子数最高，为73.4 μmol·g^-1·h^-1，CO的产率（30.3 μmol·g^-1·h^-1）明显高于CH₄的产率（1.6 μmol·g^-1·h^-1），CO选择性高达82.6%。在氧化半反应中（图3b），Cu-SASs/CPFs的CH₃COOH产率高达~24.7 μmol·g^-1·h^-1。