单原子催化剂（SACs）以其高的原子利用率和独特的性能在能源、环境和材料科学等领域引起了广泛的关注。迄今为止，人们已经成功开发了许多制备SACs的方法，包括浸渍、热解过程、原子捕获和共沉淀等。然而，在典型的反应条件下，催化剂上的单原子倾向于迁移或聚集，形成纳米团簇或纳米颗粒，这降低了其表面自由能。因此需要大力开发可提高SACs热稳定性，同时具有优异的催化性能的策略。
近日，厦门大学熊海峰教授，美国华盛顿州立大学王勇教授，美国新墨西哥大学Abhaya K. Datye综述了热稳定的单原子多相催化剂的最新研究进展。
文章要点
1）作者首先概述了不同SACs制备方法，同时比较了这些制备方法存在的差异。目前，人们开发了大量制备SACs的方法，包括湿化学（浸渍、共沉淀和强电子吸附等）、热解过程、原子层沉积（ALD）、原子捕获（AT）和超低温溶液还原等。传统的浸渍和ALD方法必须在受控条件下进行（低处理温度、低金属负载量和使用昂贵的有机金属前驱体等），从而保证成功制备SACs。值得一提的是，ALD是一种极有前途的SACs的制备方法。然而，当采用ALD方法来制备SACs时，通常一个循环只能实现很低的金属负载量，而且在多个循环中单原子容易团聚。此外，由ALD获得的SACs可能在化学反应期间经历烧结。相比之下，共沉淀、热解过程和高温热处理的方法通常涉及高温处理的应用，从而产生热稳定的SACs。
2）所制备的SACs已经应用在大量催化反应中，包括CO氧化、乙炔加氢、WGS和电催化等高温催化反应。作者重点总结了热稳定SACs在催化反应中的最新研究进展，如CO氧化、甲烷活化、CO2利用、PDH以及其他反应。
3）作者最后提出了未来热稳定单原子多相催化剂领域的研究方向，包括：i）实现在原子尺度上精确可控地合成热稳定SACs，尤其是大规模合成；ii）需要开发更先进的表征技术来阐明SACs的动态变化和再生，如operando STEM和更高分辨率的低能离子散射光谱技术；iii）开发出可在氧化和还原气氛下合成热稳定的SACs的新策略；iv）在其他反应中进行热稳定催化剂的反应性和稳定性测试；v）开发可用于工业应用的SACs。
参考文献
Haifeng Xiong, et al, Thermally Stable Single-Atom Heterogeneous Catalysts, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202004319
https://doi.org/10.1002/adma.202004319
