能量转换和存储应用需要高度稳定和高效的电催化剂/电极来促进电化学反应，但是这些材料通常存在严重的原子浪费，性能低于理论水平，不能满足日益增长的绿色原子经济的要求,从而限制其实际应用。近年来，金属单原子（SA）由于具有充分利用原子，独特的电子结构，可调节的表面特性和低成本的优点而引起了人们的广泛关注。然而，金属SA由于其较高的表面能而通常具有相对较低的物理/化学稳定性，这导致电化学性能严重下降。针对具有更好稳定性和性能的金属SA，研究人员开发了许多新的合成策略。

有鉴于此，扬州大学庞欢教授、阿卜杜拉国王科技大学的Yizhou Zhang、安徽工业大学马连波等人，在电催化和电池的应用背景下，综述了用于合成高稳定性和高性能金属单原子的策略的研究进展。

本文要点

1）具体来说，讨论了金属SAs的设计概念、合成方法、性能和应用。从金属单原子的设计理念着手，分析了金属单原子的合成制备工艺，比较了各工作中金属单原子的电化学性能，展望了金属单原子在下一阶段中存在的问题，提出了解决上述问题的方法策略，以期进一步提升金属单原子的电化学性能。

2）金属SAs的制备方法通常包括机械搅拌法，MOF前驱体衍生法，直接热解法，CVD辅助法，ALD辅助法，原子取代法和机械化学法。其应用包括电催化剂（ORR，HER，OER，CO₂还原和氮还原反应）和电池（金属-空气电池，硫基电池，金属电池，离子电池，CO₂电池和染料敏化太阳能电池）。目前，MOF前驱体衍生法是生产金属SA的研究最广泛的方法。金属SAs具有大量的活性位点，可作为电化学装置中最先进的催化剂，已被证明是贵金属催化剂的最佳替代品。金属SA在电池中的应用主要基于其电催化作用，可促进中间体的快速转化和种子生长，从而显着降低碱金属的沉积障碍。

3）需要低成本、高反应性、高选择性和高原子利用率的稳定金属SAs来满足电催化剂和电池快速增长的需求。为了实现制备金属SA的商业规模合成策略并同时获得出色的电化学性能，包括快速的反应动力学，低的超电势，高的电催化剂稳定性以及高的容量，显着的速率能力和长期稳定的稳定性，已经进行了大量的研究工作。尽管金属SA的应用仍面临一些严峻的挑战，但是鉴于金属SA的设计和构建及其在能量转换和存储方面的机理研究迅速发展，金属SA的实际应用可能会在不久的将来实现。

总之，该工作有望为金属SA的进一步研究以及未来应用提供新的见解。

参考文献：

Lianbo Ma et al. Emerging Metal Single Atoms in Electrocatalysts and Batteries. Advanced Functional Materials, 2020.

DOI: 10.1002/adfm.202003870

https://doi.org/10.1002/adfm.202003870