随着电催化技术的快速发展，原子催化剂无疑已成为能源供应系统中最前沿的研究主题。在各种电化学反应中，由于它们在电活性和选择性，超高金属利用率和柔性基材方面的卓越性能，它们显示出了尚未开发的实际应用潜力。除了常规的实验合成策略和表征技术外，还引入了先进的理论计算甚至机器学习算法，以了解和预测新型原子催化剂的电催化性能，为今后合理设计和合成原子催化剂提供指导。

有鉴于此，香港理工大学黄勃龙教授等人，综述了近年来原子催化剂合成及应用方面的最新进展，涵盖了能源应用中的主流电化学过程。同时，总结了先进理论探索的应用，为今后的电催化剂设计提供了有价值的参考。此外，还总结了目前原子催化剂在实际应用中存在的挑战和展望。

本文要点

1）原子催化剂在合成时容易产生原子团聚的问题，从而降低原子催化剂的活性和分散程度。首先介绍了湿法化学、原子层沉积法、金属有机框架模板法、电沉积技术、原子捕集技术等目前最常用的合成方法，并分析比较了不同合成方法的优缺点与适用体系。原子催化剂的表征是另一大挑战。因此，介绍了高角环形暗场像扫描电镜（HAADF‐STEM）、扩展X射线吸收精细谱（EXAFS）、X射线吸收近边谱（XANES）和红外光谱等用于表征原子催化剂的实验手段。根据目前最常见的电催化体系，将原子催化剂在析氢、析氧、氧还原、氮还原和二氧化碳还原中的应用进行了回顾和比较，并结合实验与理论计算分析了原子催化剂在不同催化反应中所面临的的挑战。

2）原子催化剂未来的研究方向包括：1）针对原子催化剂电子结构调控的方法，包括锚定金属原子的选择、原子催化剂周边成键环境调控、衬底材料的选择等方面；2）原子催化剂中的构效关系深，提出更精细准确的催化活性指征符；3）通过调控衬底与锚定金属原子之间的相互作用也是优化催化性能的一个重要方向；4）双原子甚至多原子催化剂的合成和研究。

参考文献：

Mingzi Sun et al. Designing the future atomic electrocatalyst for efficient energy systems. Engineering Reports, 2020.

DOI: 10.1002/eng2.12327

https://doi.org/10.1002/eng2.12327