由于不饱和配位环境、量子尺寸效应和金属-载体相互作用，单原子或双原子金属位点，如Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Sn、 Ir、Pt、Au、Bi 和 Er 与 O、N、P 和 S 等非金属元素配位，表现出不同的电子构型，这使得它们在多种氧化还原反应中具有很高的催化性能，在有机合成、环境修复、能量转换、生物医学等方面具有广泛的应用。尽管进行了大量研究，但单原子催化剂(SACs)的构效关系仍然困扰着研究人员，活性位点的不同构型会给结构鉴定和理论模拟带来困难。

有鉴于此，吉林大学管景奇教授等人，综述了近年来SACs的应用研究进展，重点讨论了SACs活性位点的识别和结构与性质的关系。

本文要点

1）SACs由于其独特的性质（例如最大化的原子利用率、不饱和配位环境和明确/可调的电子结构）在许多领域占据重要地位。重点介绍了 SAC 的最新进展，包括它们的制备、表征以及在有机合成、环境修复、能量转换和生物医学中的多功能应用。SACs的制备可分为自下而上和自上而下两种方法。简要介绍了不同的合成策略:湿化学法、原子层沉积法、电沉积法、高能球磨法、高温热解法和气相迁移法。在原子水平上，已经开发了有效的表征技术来识别活性位点的原子结构，这有利于建立构效关系，并在实际应用中进一步设计更多高性能的 SAC。SACs可以有效地促进一些具有代表性的反应，有利于在有机合成、环境修复、能量转换和生物医学等方面的应用。基于SACs的实验和理论研究，可以得出这样的结论:对化学成分、形貌和结构进行最优的调节可以提高对目标反应的催化性能。对于SACs，不同金属前驱体和硬/软模板的选择、杂原子的掺杂以及双/多金属位点的构建是影响其催化性能的关键因素。

2）独特的几何和电子结构促进了 SAC 在不同催化反应中的发展。尽管如此，SAC 在实际应用中仍然面临着一些挑战。为了满足未来的商业/工业/临床需求，最大限度地提高SACs的催化性能至关重要。在这方面，可以采取适当的策略来提高 SAC 的活性、选择性和稳定性。 (1) SACs的活性可以通过增加活性位点的密度和每个活性位点的内在动力学活性来提高。(2)对于SACs的选择性，工业应用中通常需要两条或两条以上的反应途径。因此，高选择性SACs的合成对于某些反应来说势在必行，这种反应可以通过改变金属类型或调节金属中心的配位环境来实现。(3)对于SACs的稳定性，SACs的失活/坍塌/聚集/浸出现象一直是实际反应过程中亟待解决的严重问题。增加金属原子与载体的相互作用是提高 SACs 稳定性的有效方法。

参考文献：

Zhang, Q., Guan, J. Applications of single-atom catalysts. Nano Res. (2021).

DOI: 10.1007/s12274-021-3479-8

https://doi.org/10.1007/s12274-021-3479-8