贵金属以其独特的本征性质和不可替代的催化活性在催化领域得到了广泛的应用。然而，考虑到贵金属的稀缺性和高成本，最大限度地提高贵金属的催化效率对于社会追求可持续能源至关重要。近年来，具有规整结构的贵金属单原子催化剂（NMSACs）以其最高的原子利用率（100%）、独特的活性中心以及高的催化活性和选择性受到了广泛的关注。

近日，澳大利亚莫纳什大学王焕庭教授综述了NMSACs在催化应用方面的最新进展。

文章要点

1）作者首先综述了NMSACs的各种制备策略（湿化学、物理化学沉积、光化学、高温热解、电偶置换和其他策略），重点研究了如何在合适的衬底上有效地稳定单个贵金属原子，以防止它们的迁移和聚集。

2）作者随后提出了一些先进的表征技术（像差校正扫描透射电子显微镜（AC-STEM）、X射线吸收光谱(XAS)、STM、XPS、NMR），以在原子水平上精确探测贵金属活性中心，这是研究NMSACs结构的关键。

3）在此基础上，作者对不同类型的NMSACs在热催化（作为最广为人知的催化类别之一，由于其高效率和适用于大规模生产，通常应用于常规工业过程（水煤气变换（WGS）反应、选择性加氢和脱氢重整反应以及其他反应））、电催化（氧还原反应（ORR）、析氧反应（OER）、析氢反应（HER）、CO₂还原（CO₂RR）、氮还原（NRR）和甲醇/甲酸的电氧化））和光催化（析氢、CO₂还原以及其他光催化反应）等方面的应用进行了总结，重点总结了NMSACs的构效关系和催化机理。

4）作者最后提出了NMSACs研究仍存在的挑战和未来的研究方向主要包括：i）根据载体特性选择合适的金属前驱体；ii）通过加强金属-载体相互作用稳定合适载体上的单原子；iii）提高贵金属负载量，平衡催化剂活性与负载量的关系，有效地防止孤立金属原子的聚集，获得理想的催化性能；iv）在载体上引入缺陷、空位或杂原子掺杂剂作为捕获金属前驱体的锚定位置；v）采取有效措施，实现规模化生产和实际应用。

参考文献

F. Zhang, Y. Zhu, Q. Lin, L. Zhang, X. Zhang and H. Wang, Noble-metal single-atoms in thermocatalysis, electrocatalysis, and photocatalysis, Energy Environ. Sci., 2021

DOI: 10.1039/D1EE00247C

https://doi.org/10.1039/D1EE00247C