单原子催化剂（SACs）作为一种新型的热门材料，在许多重要反应中表现出优异的活性、选择性和稳定性，由于其原子利用率高、活性中心可控等特点，在多相催化中显示出巨大的应用潜力。SACs的组成和配位将决定其几何结构和电子结构，从而极大地影响其催化性能。在原子经济的基础上，合理设计和可控合成SACS已成为低成本、绿色催化领域的中心任务。

有鉴于此，中科大吴宇恩教授从配位结构的调节和不同体系的选择等方面总结了近年来在SACs精确合成方面的研究进展。在此基础上，对SACs在不同领域的应用潜力进行了全面的总结和讨论。此外，还详细总结了大规模制备SACs的最新进展，包括主要问题和产业化前景。最后，简要概述了SACs快速规模化产业化面临的主要挑战和机遇。

文章要点

1）作者首先回顾了SACs的发展过程。自SACs概念提出以来，活性中心分散均匀、催化性能优越的SACs逐渐引起人们的关注。作者强调了SACs的高原子利用率和低成本，特别是它在促进贵金属原子经济性方面的独特优势，为金属资源的合理利用提供了很好的保障。其次，对SACs活性中心调控的研究进行了综述，系统阐述了微观结构对催化活性和选择性的重要作用。活性位点的概念是合理设计和准确合成SACs的前提。在此基础上，详细介绍和总结了常用的研究方法，包括配位结构的研究和不同载体的选择，如碳载体、金属、金属氧化物等能够与金属中心配位优化电子结构和几何构型。

2）作者通过大量的研究总结了SACs在电催化、光催化、酶催化等领域的实际应用。目前，实现规模化、简单化合成SACs已成为SACs领域的又一重要发展方向，具有相当大的产业发展空间。开发实用而直接的合成策略来大规模生产SACs尤为紧迫。因此作者综述了近年来大规模合成满足各种催化条件的高效SACs的研究进展，并介绍了其合成方法，包括物理法和化学法。这些对SACs的精确设计和合成策略为大规模制备高金属负载量的SACs提供了指导，为SACs的工业化应用奠定了基础。

3）虽然SACs已经取得了显著进展，但仍有许多问题需要解决，包括：i）开发更有效的原位观察和表征方法；ii）在实际操作条件下观察催化剂将有助于在原子水平上进一步阐明催化剂的结构-性能关系，并对探索影响SACs性能的因素至关重要；iii）为了深入了解催化剂的动力学行为和逼真的三维结构，理论计算是必不可少。只有理论和实验结果高度匹配，才能实现催化剂的合理设计，为目标反应特定催化剂的设计提供明确的方向；iv）实现具有高活性单位密度的SACs的大规模制备，并将该方法推广到其它有用金属。

参考文献

Wenxin Guo, et al, General Design Concept for Single-Atom Catalysts toward Heterogeneous Catalysis, Adv. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adma.202004287

https://doi.org/10.1002/adma.202004287