单原子催化剂（SAC）代表金属原子的最大利用效率，其中金属活性位点在载体上被隔离，并被诸如氧，氮，硫等的配位原子稳定。得益于近年来在合成策略，表征方法和计算模型的最新进展，已开发出许多SAC，它们可在各种反应表现出优异的催化性能。催化选择性和活性是纳米技术和生物医学领域需要优化和增强的关键问题。

有鉴于此，新加坡南洋理工大学楼雄文教授等人，综述了近年来在阐明SAC结构及其对催化性能的影响方面的一些实验和理论进展。详细介绍了SAC的用途，并强调了这些催化剂在生物医学，环境保护和能量转换应用中的优势。最后，还讨论了SAC当前面临的挑战和未来前景。

本文要点

1）得益于孤立活性位点的独特结构和电子特性，SAC为各种各样的催化反应提供了广阔的机会。凭借不饱和配位环境和反应中心均质性的优势，SACs可视为均相催化剂、多相催化剂和酶之间的概念桥梁。总的来说，尽管取得了巨大的成功，但在SACs的研究和实际应用中仍然存在许多挑战。

2）(1)金属原子的负载量一般在5% wt %以下，这极大地限制了SACs的性能满足实际工业应用的要求。金属与载体之间的强相互作用是构建高负载量催化剂的前提。因此，通过增加载体上的锚位点或锚定能力，在孤立的金属原子与支架之间构建强配位环境是迫切需要的。（2）调节SACs电子结构的研究仍处于早期阶段。许多催化过程是复杂的多步反应，这意味着单个位点可能无法活化所有中间体。应强调孤立原子与配位原子之间的电子耦合，以及相关的非金属原子的催化活化作用。（3）阐明特定反应中的实际活性位点对于深入了解结构与活性之间的关系至关重要，这有助于合理设计高效催化剂。

3）（4）必须解决稳定性问题才能使SAC得到广泛应用。由于其固有的活性优势，SACs在实际应用中极具吸引力。然而，由于催化过程中，特别是在金属负载量较高的情况下，可能会发生团聚和浸出，使得催化剂的稳定性仍然是一个大问题。选择合适的金属和合适的载体并改善它们之间的相互作用是最有效的策略。此外，通过减少催化过程中孤立反应中心的聚集，加强金属与载体的相互作用也可以确保稳定性。此外，形成双原子活性位点是增强稳定性的另一种有效策略。

（5）催化选择性是一个重要的工业参数。与一些颗粒/团簇催化剂相比，SACs的催化选择性有了很大提高，但在提高催化选择性方面仍有很大的空间。（6）在生物医学应用中， SAzymes的长期生物安全性是至关重要的问题之一，但尚未得到充分研究。与小的生物分子相比，SAzymes往往具有相对较大的尺寸和较高的稳定性，从而导致更长的血液循环时间和一些不良反应，从而阻碍了其潜在的生物医学应用。因此，精确设计生物相容性SAzymes并为将来的临床应用进行SAzymes生物安全性的全面评估非常重要。例如，利用丰富的官能团进行表面修饰，可以进一步提高SACs的生物相容性，同时使其功能多样化，适用于不同的生物医学用途。

总之，该工作为SAC的工程设计和理解提供了一些新的观点，并有望进一步推动这一新兴领域的发展。

参考文献：

Huabin Zhang et al. Emerging Multifunctional Single-Atom Catalysts/Nanozymes. ACS Cent. Sci., 2020.

DOI: 10.1021/acscentsci.0c00512

https://doi.org/10.1021/acscentsci.0c00512