原子级厚度催化剂（ATC）在能量转换应用中显示出广阔的前景，这是因为与大体积的同类材料相比，在大比表面积和高暴露表面原子密度具有显着优势。在与能量转换相关的反应中，已合成的ATC，包括金属（合金），层状双氢氧化物（LDH），过渡金属二硫化碳（TMD），过渡金属氧化物（TMO）和碳基材料，比商业贵金属具有更高的效率和更好的催化稳定性。

有鉴于此，清华大学王定胜教授、李亚栋院士综述了原子级厚度催化剂在合成与应用研究方面的最新进展，并总结了其面临的挑战和未来的发展方向。

本文要点

1）首先介绍了合成不同类型ATCs的各种策略，“自上而下法”包括湿化学合成、水热法、模板辅助法、电化学辅助法和化学气相沉积方法；“自下而上法”包括机械压缩，剥离或液相剥离辅助法。

2）然后详细介绍了ATCs在电化学催化氧还原反应（ORR），甲酸氧化反应（FAOR），甲醇氧化反应（MOR）、乙醇氧化反应（EOR）、析氢反应（HER）、析氧反应（OER）、二氧化碳还原反应（CRR）等领域中的最新应用进展。

3）ATCs面临的挑战包括：（1）大规模合成ATCs方法仍待进一步探索；（2）ATCs在某些合成方法中会有大量表面活性剂残留，阻碍了催化活性位点的暴露；（3）ATCs对高压电子束非常敏感，对其形貌和结构的表征手段有待进一步探索。ATCs的未来发展方向包括：（1）进一步提高ATCs的催化性质；（2）在燃料电池应用中，利用非贵金属的ATCs取代传统贵金属（如铂碳）催化剂；（3）提高贵金属Pt基或Pd基ATCs对CO等中间体的抗中毒能力，设计制备价格低廉，高活性、高稳定性的ATCs催化剂。

参考文献：

Ali Han et al. Atomic Thickness Catalysts: Synthesis and Applications. Small Methods, 2020.

DOI: 10.1002/smtd.202000248

https://doi.org/10.1002/smtd.202000248