能源消耗和日益增加的环境压力已成为当今世界上的主要挑战之一。合成高效催化剂为能源的高效转化和污染物的有效处理带来了希望，尤其是单原子催化剂(SACs)是很有前途的候选催化剂。

有鉴于此，北京理工大学陈文星副研究员和陈卓副教授等人，全面总结了原子扩散策略，这被认为是制备一系列SAC的有效方法。

本文要点

1）根据前驱体的不同扩散形式，从气体扩散、固体扩散和液体扩散三个方面综述了SAC的合成途径。气体扩散法主要讨论了原子层沉积(ALD)和化学气相沉积(CVD)两种在高温下进行气相传质的方法。固体扩散方法可分为纳米粒子转化为单个原子和固体原子迁移两种。液体扩散主要介绍了电化学扩散法和熔盐扩散法。

2）近年来，由于科研人员的不断努力和表征技术的不断发展，单原子已逐渐“可视化”，这为单原子催化剂合成方法的发展提供了巨大的推动。不同的合成策略通过改变金属与载体之间的相互作用来捕获并稳定单金属。这种相互作用的强度将影响界面电荷转移，金属的电子结构等，进而影响SAC的稳定性和催化性能。如果该力太弱，则单个金属原子易于扩散和附聚，然后发生烧结，从而导致催化活性中心的数量减少和催化活性降低；如果力太强，单个金属原子会以较高的氧化态被负载在载体上，其稳定性会降低，从而导致活性显著下降甚至丧失活性。

3）目前，尽管已经开发了多种合成策略，其中一些可以操纵和排列原子，但是它们还不能解决SAC的高稳定性和高负载的问题。此外，制备单原子催化剂所需的生产成本较高，目前难以在工业上推广。先进的表征技术使我们能够识别单个金属原子，探索SAC的合成和催化机理，这极大地促进了SAC的设计和SAC合成方法的发展。最近，从文献报道中了解到，在合成过程中合理选择载体并控制反应条件有助于构建特殊的配位结构，从而增强金属与载体的相互作用，这会大大增加金属单原子的负载。虽然负载增加了，但从基础研究到工业应用还有很长的路要走。此外，在合成过程中，随着负载量的不断增加，金属原子容易发生迁移和团聚，从而形成团簇或纳米粒子。这就是为什么大多数合成方法都是以牺牲金属负载为代价来增强金属原子的稳定性的原因之一。因此，合成高负载、高稳定性的单原子催化剂仍然具有挑战性。如何合成高效廉价的单原子催化剂，以及如何在催化反应中保持单原子的稳定性仍需要去探索。

参考文献：

Lihong Lin et al. Single atom catalysts by atomic diffusion strategy. Nano Research, 2021.

DOI: 10.1007/s12274-021-3412-9

https://doi.org/10.1007/s12274-021-3412-9