单原子催化剂（SAC）由于其非凡的催化性能而受到了极大的关注。这类催化剂的合成具有很高的要求和挑战性。在过去的几年中，金属有机骨架（MOF）被证明是制造SAC的有前途的前驱体。

有鉴于此，日本产业技术综合研究所徐强教授等人，综述了近年来MOF SACs的合成及其电化学应用方面的研究进展。

本文要点

1）首先，讨论了基于MOFs的合成方法和SACs的常用表征技术及其优缺点。然后，综述了这些MOF衍生物的电化学应用，包括氧还原反应(ORR)、析氧反应(OER)、析氢反应(HER)、二氧化碳还原反应(CO2RR)、氮还原反应(NRR)以及其他与能源相关的反应。最后，简要介绍了该领域当前面临的挑战和未来的展望。

2）得益于低配位环境，独特的活性中心和最大程度利用金属原子的优势，SAC被认为是继承多相和均相催化剂优点的理想选择。因此，制定合理的策略来合成高质量的SAC对他们的实际应用具有重要意义。具有原子分散的金属原子/团簇，明确的孔结构，超高比表面积和孔体积的MOF最近成为构建具有高度分散的金属位点的SAC的有吸引力的平台。与其他SAC方法相比，MOF衍生的SAC具有以下优点：1）大量具有可调节官能团的有机连接基团为氮、磷等杂原子在碳载体上的碳化提供了理想的途径，这些杂原子可以作为单一金属原子的锚定位点；2）MOF中具有高可控性的高金属组分比例有利于金属原子的分散并防止其在热解过程中聚集，为设计高负载金属的单原子或双原子催化剂提供了可行的方法； 3）均匀的孔结构有利于客体分子的包封，从而有利于制备具有各种功能的SAC。 4）MOF衍生的碳载体通常具有超高的比表面积和较大的孔隙率，以及3D互连的孔结构，这在很大程度上暴露了金属活性位点的密度并导致出色的催化性能。

3）未来面临的挑战包括：

I）为了提高SAC的催化活性，应优先考虑对金属中心活性位点密度和配位环境的精确控制。II）从实际应用的角度出发，制定一种可行且低成本的策略以从MOF大量生产SAC非常重要。III）目前，大多数SAC的表征在于非原位HAADF-STEM，XAFS或IR光谱，无法完全理解其在催化过程中的实际作用。IV）作为一个新兴的研究主题，有关MOF的SAC的大多数研究都集中在ORR和CO2RR中的应用，只有很少的研究涉及HER，OER和NRR。它们在一般有机催化反应中的应用很少，例如C–H的活化，硝基芳烃的氢化偶联以及生物质分子的氢化和加氢脱氧。将来，鼓励探索SAC在能源相关催化或一般有机合成中的广泛应用。

参考文献：

Lianli Zou et al. Single‐Atom Catalysts Derived from Metal–Organic Frameworks for Electrochemical Applications. Small, 2021.

DOI: 10.1002/smll.202004809

https://doi.org/10.1002/smll.202004809