单原子催化剂在化学和能源领域展示了重要的影响力，有鉴于此，Nature Communication杂志发表社评，对单原子催化剂领域的相关进展情况进行介绍，主要对一些文章和评论中单原子催化领域的重要进展进行总结与讨论。
催化领域长期以来使用无机或者金属有机复合分子作为均相催化剂，均相催化剂含有结构明确的过渡金属中心位点和特定的配位环境驱动均相催化反应的进行。同时，异相催化领域受到均相催化剂发展的影响与启示，因此人们对异相催化剂更加关注于提高催化活性位点浓度改善催化反应效率、降低催化剂的金属消耗。为了这个目标，人们变革性的发展了过渡金属催化剂的单原子结构修饰在异相催化剂基底中。这种单原子催化剂的原子之间相互独立，但是能够表现各异的配位环境结构，而且显著影响催化剂的催化活性、目标产物选择性。比如Flytzani-Stephanopoulos等早期的相关工作以及其随后该领域得到快速发展。这种发展是因为异相催化剂中单原子位点成像技术的快速发展，甚至实现了在化学反应过程中能够监控催化剂单原子。而且，由于先进合成技术方法的发展，能够精确设计和以高产率合成结构明确的单原子催化剂。
目前，由于单原子催化剂由于非常高的金属分散性和催化反应活性的本征优势得到广泛关注，而且这种催化剂表现了对特定产物选择性，单原子催化在均相催化剂和异相催化剂之间搭建桥梁和纽带，而且同样让人非常高兴的是，单原子催化剂材料能够在广泛的催化反应中得以应用，催化反应机理也得到更加深入的发展。
作者对目前Nature Communication期刊上一些重要的单原子催化重要工作和报道进行介绍和简评。
本文要点：
（1）
相关综述。由于近些年间单原子催化剂领域的快速发展，以及单原子催化剂表现出的重要前景，Mitchell和Pérez-Ramírez等综述了单原子催化剂近期进展，总结了一些重要的和有望进一步发展的前沿领域（Single atom catalysis: a decade of stunning progress and the promise for a bright future. Nat. Commun. 11, 4302 (2020)）；Datye和Guo等在另一篇综述工作中讨论了单原子催化剂从学术界走向工业界的发展情况（Datye, A. K. & Guo, H. Single atom catalysis poised to transition from an academic curiosity to an industrially relevant technology. Nat. Commun. 12, 895 (2021)）。
（2）
合成。目前，对于单原子催化剂的工业化应用仍面临着一些困难，比如发展普适性大批量合成单原子催化剂的方法。近些年发展的大量合成单原子催化剂方法中，precursor-dilution strategy合成方法表现了可调控和普适性的优势，为从原子精度级别设计单原子催化剂提供了足够的自由度（A versatile route to fabricate single atom catalysts with high chemoselectivity and regioselectivity in hydrogenation. Nat. Commun. 10, 3663 (2019)）。此外，人们发展了一种ligand-mediated方法，在普适性和大规模合成中都具有优势。除了普适性和大规模合成外，精确调控单原子催化剂位点的配位环境同样非常关键，在这个方面，相关报道中发展了三步构建Cu-S1N3结构单原子催化活性位点的方法。
（3）
机理和基础研究。提高单原子催化剂的基本认识有助于发展和设计高活性的稳定单原子催化活性位点用于各种不同催化反应。通过先进表征技术和DFT理论结合，有助于深入理解催化剂活性位点、催化剂结构-性能关系。目前非原位的离线表征技术得到广泛发展，但是离线表征技术无法对催化活性中心的动态变化过程进行表征，导致有可能忽视催化反应中的关键步骤，导致对催化剂产生错误的认识。因此，原位或者现场表征技术变得非常重要和关键。比如，有文献报道通过现场XAS表征技术发现HER催化反应中从催化剂基底表面形成接近自由状态的Pt单原子催化剂现象，因此为设计高性能催化剂提供经验和帮助（Nat. Commun. 11, 1029 (2020)）。从外，通过理论模拟预测结果出发设计高性能催化剂同样得到发展，有助于设计针对特定催化反应的高效率和高活性催化剂。比如相关文献中报道发现PdAu合金催化剂表面覆盖CO分子能够实现催化剂在“单原子合金相”与“Pd纳米簇”之间调变（Nat. Commun. 12, 1549 (2021)），而且原位调控催化剂的形貌和组成结构能够直接的调控乙醇脱氢反应的催化活性。
（4）
工业化重要反应。目前人们进行了广泛尝试将单原子催化剂用于一些工业上非常重要的反应，而且在实验室中实现了一些工业重点反应的优异性能。比如，相关报道中单原子Ni修饰的多孔碳膜催化剂在CO2电化学还原反应生成CO的反应中实现了高达308.4 mA cm-2电流密度和88 %的法拉第效率和120 h稳定工作时间（Nat. Commun. 11, 593 (2020)）。
另一篇工作中人们发展了单原子Pt修饰在Cu催化剂上进行丙烷脱氢反应，实现了较高的选择性和稳定性，在520 ℃能够进行120 h稳定工作，这个性能比高活性Pt纳米粒子对比催化剂在相同催化反应条件中的性能更高（Nat. Commun. 9, 4454 (2018)）。
参考文献
Editorial, Single atom catalysts push the boundaries of heterogeneous catalysis. Nat Commun 12, 5884 (2021).
DOI: 10.1038/s41467-021-26130-0
https://www.nature.com/articles/s41467-021-26130-0
