具有高活性和成本效益的用于氧还原反应（ORR）的电催化剂的开发对于可持续的能量存储和转化技术必不可少。碳基单原子位点（SAS）催化剂具有最大的原子效率和明确的结构特征，被认为是最有潜力的下一代ORR催化剂。尽管在研究SAS催化剂方面付出了巨大的努力，但它们与铂族金属（PGM）催化剂之间在性能上仍然存在很大差距。特别地，金属-载体的相互作用被认为是通过SAS与载体之间的电子转移改变了SAS的电荷状态，从而导致了活性反应物和增强了SAS催化剂的催化过程。受此启发，需要添加一些协同组分来准确调整相互作用并使SAS具有可选的局域环境，从而提高性能。

有鉴于此，华中师范大学朱成周教授和美国华盛顿州立大学林跃和教授等人，综述了近年来用于催化ORR的SAS催化剂的研究进展，重点介绍了金属单位点协同组分的作用。

本文要点

1）综述了协同增强的SAS用于增强ORR的最新进展。首先，介绍了催化ORR的SAS催化剂及其机理。然后，简要介绍了SAS催化剂的各种新颖合成策略和先进的表征技术。重点系统地总结了几种SAS的协同组分。最后，提出了当前面向ORR的SAS催化剂发展面临的挑战和展望。由于其原子分散，可调节的电子和几何结构以及100％的原子效率，SAS催化剂不仅被用作理想的平台，以加深对基本催化过程的了解，还被认为是持续电化学能量转换技术的下一代电催化剂。活性中心的局部环境被认为是内在催化活性的主导因素，可以通过合理的设计有意调节其活性。

2）尽管已经取得了重大进展，但仍然需要解决一些挑战。a）结构的识别。原子结构的确定对于构建构效关系，实现SAS催化剂的精心合成至关重要。b）机制的阐明。在反应过程中，催化剂的主要作用是通过在活性位点选择性结合或不结合反应中间体来降低活化能。c）稳定性的提高。尽管强调了固有的ORR活性和相应的调节策略，但是稳定性的重要性不容忽视，因为在现实的燃料电池工作条件下，它是关键甚至更重要的性能参数。

3）综上所述，由于其独特的结构和性能，SAS催化剂在各个领域都显示出了广阔的应用前景，而不仅仅局限于ORR。几种协同组分的引入可以可控地调节电子和几何结构，从而提高SAS的活性，选择性和稳定性，这为SAS催化剂的开发提供了许多机会。尽管取得了巨大成就，但仍需要更出色的SAS催化剂性能来满足商业应用。同时，机理的阐明和结构的鉴定等问题尚未解决，这对开发SAS催化剂具有挑战性。

参考文献：

Xiaoqian Wei et al. Recent Advances in Synergistically Enhanced Single-Atomic Site Catalysts for Boosted Oxygen Reduction Reaction. Nano Energy, 2021.

DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.105817

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.105817