  通訊作者：李雋，夏幼南，Maria Flytzani Stephanopoulos  背景簡介  根據(jù)Berzelius在1835年提出的定義，催化劑是一種能夠加速化學(xué)反應(yīng)速率而又不被消耗的物質(zhì)。數(shù)十年來，催化劑為世界經(jīng)濟(jì)作出了重要貢獻(xiàn)。催化劑大致分為兩類：與反應(yīng)物在同一相中工作的均相催化劑和在不同相中工作的非均相催化劑。由于其分子性質(zhì)，均相催化劑的表征和精確描述要容易得多，甚至其反應(yīng)機(jī)理也可以合理控制。然而，均相催化劑與反應(yīng)產(chǎn)物的分離十分艱巨。此外，均相催化劑的性能還受到其熱不穩(wěn)定性的限制，它們中的大多數(shù)只能在低于100 °C的溫度下在溶液相使用。相反地，非均相催化劑比較堅(jiān)固和容易從反應(yīng)混合物中分離和回收。因此，目前工業(yè)上使用的所有催化方法中非均相催化劑占大約80％。盡管非均相催化劑被廣泛使用，但其表面為非均質(zhì)和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這兩個因素使其催化反應(yīng)機(jī)理難以解讀。 研究者開發(fā)了兩種方法來解決非均相催化劑的非均質(zhì)性和復(fù)雜性問題： （1） 在表面科學(xué)的背景下，基于單晶基材的模型催化劑來規(guī)避這些問題，這些催化劑可以用定義明確的表面結(jié)構(gòu)。這條路線的相關(guān)研究已經(jīng)表明許多催化反應(yīng)對表面上原子的精確堆積高度敏感。 （2）另一種方法是將金屬納米顆粒的尺寸減小到原子水平，因此催化劑表面異質(zhì)性自然會消失。這種方法也與泰勒（Taylor）在1925年提出的用于解釋非均相催化劑活性的活性中心概念完全吻合。按照他的理解，催化反應(yīng)的是單原子階躍、裂縫和/或波谷，而不是催化顆?；蚓w的整個表面。 本專題涵括了SAC領(lǐng)域一些最活躍的參與者的貢獻(xiàn)。Pérez-Ramírez通過加入周期表中的不同區(qū)域，對成分多樣性進(jìn)行了全面的考察；還突出顯示了通過不同的單原子-主體組合獲得的配位結(jié)構(gòu)和相關(guān)屬性，可用于熱催化，電催化和光催化。李亞棟院士綜述了各種合成策略，重點(diǎn)是如何穩(wěn)定載體上的單個金屬原子、抑制單原子的遷移和團(tuán)聚；強(qiáng)調(diào)了合成條件如何決定結(jié)構(gòu)和催化性能。鄭南峰教授回顧了SAC配位化學(xué)方面的最新進(jìn)展，包括各種金屬和載體的組合。Gates專注于一種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)均勻的催化劑體系，該體系將金屬原子分散在諸如沸石型材料、MOF和共價(jià)有機(jī)骨架等晶體載體上，除了通過密度泛函理論（DFT）進(jìn)行建模之外，該系統(tǒng)還使用原子分辨率電子顯微鏡，X射線吸收光譜和紅外光譜進(jìn)行精確表征。張濤院士討論了基于氧化物的系統(tǒng)，包括其合成步驟，表征和一系列熱催化的反應(yīng)機(jī)理，包括WGS，選擇性氧化/氫化和偶聯(lián)反應(yīng)。Sykes致力于研究一種稱為單原子合金（SAA）的系統(tǒng)，該系統(tǒng)通常是通過將Pt，Pd，Ni，Rh和Ru等催化活性元素原子分散在更惰性、但更具選擇性的體系中而制成的單原子合金。他們還強(qiáng)調(diào)了SAA在催化一系列重要的工業(yè)反應(yīng)中的潛力。徐強(qiáng)教授回顧了基于MOF的系統(tǒng)開發(fā)的最新進(jìn)展，重點(diǎn)是其在熱催化，電催化和光催化方面的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用。熊宇杰教授在光催化的背景下討論SAC，重點(diǎn)是金屬與載體的相互作用以及如何利用這種相互作用來優(yōu)化光催化性能。王超教授對用于各種能量轉(zhuǎn)換反應(yīng)的單原子電催化的最新進(jìn)展進(jìn)行了全面的綜述。最后，李雋教授等概述了開發(fā)石墨烯基SAC的最新進(jìn)展，重點(diǎn)是石墨烯載體不同部位負(fù)載的金屬單原子的穩(wěn)定性以及此類催化劑對各種反應(yīng)的性能，包括熱催化和電催化。 在組織本專題時，作者們?yōu)樽x者提供一些引入入勝的、具有代表性的和最新的關(guān)于SAC研究。由于這是一個高度動態(tài)和快速發(fā)展的領(lǐng)域，因此不可能涵蓋研究的所有方面。隨著科學(xué)和工程各個領(lǐng)域研究人員的興趣和貢獻(xiàn)，這一領(lǐng)域必將繼續(xù)強(qiáng)勁發(fā)展。還希望讀者能夠喜歡本期中介紹的主題，最重要的是，找到靈感，推動該領(lǐng)域在知識開發(fā)和工業(yè)應(yīng)用方面取得更大的成功。 標(biāo)題：Chemical Synthesis of Single Atomic Site Catalysts 通訊作者: Dingsheng Wang, Yadong Li 通訊單位：清華大學(xué) DOI:10.1021/acs.chemrev.9b00818 研究背景 以可控的方式操縱金屬原子來合成具有所需結(jié)構(gòu)和性能的材料是化學(xué)合成的圣杯。最近出現(xiàn)的單原子位點(diǎn)催化劑(SASC)表明，我們正在朝著這個目標(biāo)前進(jìn)。由于原子利用的最大效率和獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，SASC引起了廣泛的研究關(guān)注和興趣。SASC的科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用的先決條件是在適當(dāng)?shù)闹蜗轮圃旄叻磻?yīng)性和穩(wěn)定的金屬單原子。本文總結(jié)了合成SASC的各種合成策略，并舉例說明了合成方法在支撐上穩(wěn)定單金屬原子并抑制其遷移和團(tuán)聚的關(guān)鍵問題。接下來，作者將討論合成條件如何影響SASC的結(jié)構(gòu)和催化特性，然后通過強(qiáng)調(diào)SASC合成的前景和挑戰(zhàn)以及進(jìn)一步的科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用來結(jié)束本文。
 研究要點(diǎn) 要點(diǎn)一：在這篇綜述中，作者重點(diǎn)介紹了SASC化學(xué)合成的最新進(jìn)展，重點(diǎn)介紹和總結(jié)了SASC的各種合成策略，特別強(qiáng)調(diào)了如何在合成和反應(yīng)過程中實(shí)現(xiàn)單個金屬原子的穩(wěn)定，以防止遷移和聚集。 要點(diǎn)二：此外，作者還說明了SASC的合成過程，如退火溫度、配位位點(diǎn)設(shè)計(jì)、載體選擇等，如何影響SASC的原子結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性以及催化性能。 要點(diǎn)三：最后，提出了SASC合成的發(fā)展方向，并對SASC的進(jìn)一步科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用提出了展望和挑戰(zhàn)。 總結(jié) 單原子催化已成為多相催化領(lǐng)域最活躍的研究前沿之一。近年來，SASC的化學(xué)合成、表征技術(shù)和重要催化反應(yīng)(CO氧化、費(fèi)托合成、水汽變換反應(yīng)、二氧化碳轉(zhuǎn)化、化學(xué)選擇性加氫、燃料電池等)的優(yōu)異性能取得了很大進(jìn)展。在這篇綜述中，作者強(qiáng)調(diào)了SASC的各種合成策略，并重點(diǎn)討論了如何利用設(shè)計(jì)的載體來防止單個金屬原子在合成過程中的遷移和聚集。然而，在SASC的蓬勃的發(fā)展過程中，圍繞單原子位點(diǎn)催化劑的前景，仍有許多巨大的挑戰(zhàn)有待進(jìn)一步探討。
標(biāo)題：Single-Atom Catalysts Based on the Metal?Oxide Interaction 通訊作者: Botao Qiao, Tao Zhang 通訊單位：中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所 DOI:10.1021/acs.chemrev.0c00797 研究背景 分散在氧化物載體上的金屬原子構(gòu)成了一大類單原子催化劑。本文綜述了氧化物負(fù)載單原子催化劑在熱催化中的合成過程、表征和反應(yīng)機(jī)理，如水汽變換反應(yīng)、選擇性氧化/氫化和偶聯(lián)反應(yīng)。一些典型的氧化物材料，包括氧化鐵、氧化鈰、二氧化鈦、氧化鋁等，由于在錨定金屬原子和參與催化反應(yīng)中作為載體的獨(dú)特作用而被有意提及。總結(jié)了金屬原子與氧化物載體之間的相互作用，給出了如何穩(wěn)定原子金屬中心，合理調(diào)整單個原子的幾何結(jié)構(gòu)和電子態(tài)。
研究要點(diǎn)： 要點(diǎn)一：本綜述的重點(diǎn)是金屬氧化物支持的SAC，這不僅是由于SAC的第一個例子是基于氧化物支持，而且也是由于它們的優(yōu)點(diǎn)。主要內(nèi)容包括討論各種氧化物作為載體，氧化物負(fù)載的SACs的制備和表征，金屬?支持金屬原子與氧化物材料之間的相互作用，以及一些具有代表性的熱催化應(yīng)用，試圖理順結(jié)構(gòu)?性質(zhì)關(guān)系。 要點(diǎn)二：第一節(jié)涉及用作載體的氧化物。以下各節(jié)重點(diǎn)介紹了已應(yīng)用于SACS的一般制備方法和成熟的表征技術(shù)，特別是那些基于氧化物載體的方法。隨后的部分專門討論金屬?氧化物相互作用，因?yàn)閱畏稚⒔饘僭拥呐湮唤Y(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)與它們的位置和周圍環(huán)境密切相關(guān)。最后，將討論熱化學(xué)催化中的反應(yīng)機(jī)理，包括CO氧化、選擇性加氫和有機(jī)偶聯(lián)反應(yīng)。 總結(jié) 自提出“單原子催化”概念以來，該領(lǐng)域發(fā)展迅速。在這篇綜述中，作者提出了一個基于金屬?氧化物相互作用(主要是氧化物支持的金屬SAC)的SAC的全面總結(jié)，包括它們的合成、表征和典型的催化應(yīng)用。作者還討論了金屬?氧化物的相互作用，因?yàn)樗鼈冊诖_?；钚越饘俚脑臃稚⒎矫嫱侵陵P(guān)重要的，從而保持了所需的催化功能。在某種程度上，SAC的良好穩(wěn)定性，源自增強(qiáng)的MSI，可能是實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步商業(yè)化的關(guān)鍵。考慮到SACS的巨大潛力，大量的機(jī)會可能會推動SACS的快速發(fā)展。
標(biāo)題：Theoretical Understandings of Graphene-based Metal Single-Atom Catalysts:Stability and Catalytic Performance 通訊作者: Jun Li 通訊單位：南方科技大學(xué) DOI:10.1021/acs.chemrev.0c00818 研究背景 多相單原子催化劑(SACs)由于其在貴金屬的高利用率、精確識別的活性中心、高選擇性和可調(diào)諧活性等方面的優(yōu)勢，已成為催化科學(xué)中的一個新興前沿。石墨烯作為一種具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)和電子性能的一原子厚的二維碳材料，已被報(bào)道為SACs的極好載體。在此，作者概述了石墨烯基SACs的研究進(jìn)展。在大量的出版物中，我們將選擇性地關(guān)注錨定在石墨烯載體不同位置的金屬單原子(SAs)的穩(wěn)定性以及石墨烯基SACs對不同化學(xué)反應(yīng)的催化性能，包括熱催化和電催化。作者將總結(jié)對石墨烯基SACs的電子結(jié)構(gòu)及其與催化性能的內(nèi)在聯(lián)系的基本認(rèn)識，并對石墨烯和類石墨烯材料的高效SACs的未來設(shè)計(jì)提供簡要的展望。
研究要點(diǎn) 要點(diǎn)一：在這篇綜述中，作者將討論石墨烯基SACs理論研究的最新進(jìn)展。首先，系統(tǒng)地總結(jié)負(fù)載在不同石墨烯載體上的金屬SAs的穩(wěn)定性。 要點(diǎn)二：然后，通過討論金屬SA及其配位環(huán)境如何影響催化活性和反應(yīng)機(jī)理，突出不同非均相催化反應(yīng)的催化性能。 要點(diǎn)三：本綜述的目的是總結(jié)金屬SAs與載體之間的結(jié)構(gòu)和鍵合，以及催化活性與幾何/電子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，以指導(dǎo)石墨烯基SACs的設(shè)計(jì)，獲得更好的性能。 總結(jié) 作者指出石墨烯基單原子催化劑具有簡單而有效的催化活性中心。這種活性中心為合理設(shè)計(jì)高性能的熱、電、光催化劑提供了巨大的機(jī)會，用于基本和工業(yè)上重要的化學(xué)反應(yīng)。這些催化劑也為精確的量子化學(xué)研究結(jié)構(gòu)、鍵合和催化機(jī)理提供了一個很好的模型系統(tǒng)。利用這些具有原子精確活性中心的新型多相催化劑，可以設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)高選擇性的催化反應(yīng)。石墨烯基單原子催化劑向單簇催化劑的推廣似乎為原子精確的多相催化復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)提供了鼓舞人心的未來。
標(biāo)題：Heterogeneous Single-Atom Photocatalysts: Fundamentals and Applications 通訊作者: Yujie Xiong 通訊單位：中國科技大學(xué) DOI：10.1021/acs.chemrev.9b00840 研究背景 單原子光催化劑已顯示出其引人注目的潛力，并因其在增強(qiáng)光捕獲，電荷轉(zhuǎn)移動力學(xué)和光催化系統(tǒng)的表面反應(yīng)方面的引人入勝的優(yōu)勢而成為光催化領(lǐng)域最活躍的研究方向。盡管最近已積累了對單原子光催化劑的多種理解，但先進(jìn)的表征技術(shù)和重要的理論研究正在加深我們對這些引人入勝的材料的理解，使我們能夠預(yù)測它們在光催化中的工作機(jī)理和應(yīng)用。在這篇綜述中，我們從描述單原子光催化劑的一般背景和定義開始。然后簡要討論了金屬-載體在單原子光催化劑上的相互作用。之后，總結(jié)了目前可用于單原子光催化劑的表征技術(shù)，在對單原子光催化劑有一些基本了解之后，討論了它們在光催化中的優(yōu)勢和應(yīng)用。最后，我們以單原子光催化劑的剩余挑戰(zhàn)和未來前景為視角來結(jié)束本綜述。我們希望這次審查將為單原子光催化劑的未來發(fā)現(xiàn)提供一些啟發(fā)，從而明顯刺激這一新興研究領(lǐng)域的發(fā)展。在本文結(jié)束時，作者將探討單原子光催化劑的剩余挑戰(zhàn)和未來前景。
研究要點(diǎn) 要點(diǎn)一：在這篇綜述中，作者從最近開發(fā)的單原子光催化劑的方法開始，利用金屬?載體相互作用，闡明各種SAC系統(tǒng)的精細(xì)幾何和電子結(jié)構(gòu)，以及關(guān)鍵的光譜表征技術(shù)來確定一個系統(tǒng)是否是SAC。 要點(diǎn)二：將展示SACS在光催化中調(diào)節(jié)光收集、電荷轉(zhuǎn)移動力學(xué)和表面反應(yīng)的迷人作用，以全面了解SACS在光催化中的結(jié)構(gòu)?性能關(guān)系。 要點(diǎn)三：強(qiáng)調(diào)了非均質(zhì)單原子光催化劑在關(guān)鍵太陽能到化學(xué)能轉(zhuǎn)換中獲得優(yōu)異性能的應(yīng)用，包括水裂解、CO2還原、N2固定、有機(jī)合成和環(huán)境修復(fù)。最后，將討論單原子光催化劑進(jìn)一步研究和應(yīng)用的剩余挑戰(zhàn)和未來展望。 總結(jié) 在光催化中采用單原子被認(rèn)為是一種將入射太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的高效策略，但在機(jī)理理解和可控合成策略方面仍需進(jìn)一步發(fā)展。在過去的幾十年中，在理解單原子光催化劑的理化性質(zhì)和功能方面取得了重要的里程碑。同時，還已經(jīng)開發(fā)出用于定制這些材料的電子和化學(xué)結(jié)構(gòu)的先進(jìn)方法，從而推動其在各種光催化應(yīng)用中的快速發(fā)展。
標(biāo) 題：Metal?OrganicFramework-Based Catalysts with Single Metal Sites 通訊作者:Ruiqiang Zou, Qiang Xu 通訊單位：揚(yáng)州大學(xué)、北京大學(xué) DOI：10.1021/acs.chemrev.9b00757 研究背景 金屬有機(jī)骨架（MOF）是一類獨(dú)特的多孔晶體材料，由金屬離子/簇和有機(jī)連接基構(gòu)成。由于其結(jié)構(gòu)的多樣性，功能的可調(diào)節(jié)性和高的表面積，人們充分利用了不同類型的基于MOF的單一金屬位點(diǎn)，包括來自金屬節(jié)點(diǎn)和金屬連接基的配位不飽和金屬位點(diǎn)，以及固定在MOF上的活性金屬。此外，MOF的可控?zé)徂D(zhuǎn)變可以將它們升級為使用活性單原子催化劑（SAC）功能化的納米材料。MOF及其衍生物的這些獨(dú)特功能使它們可以用作催化的高度通用平臺，實(shí)際上已經(jīng)成為一個快速發(fā)展的跨學(xué)科研究領(lǐng)域。在這篇評論中 作者概述了基于MOF的材料在單個金屬位點(diǎn)催化的最新進(jìn)展，重點(diǎn)是其結(jié)構(gòu)及其在熱催化、電催化和光催化中的應(yīng)用。作者還將比較結(jié)果并總結(jié)本次回顧中從工作中獲得的主要見解，從而提供這一新興領(lǐng)域中的挑戰(zhàn)和前景。
研究要點(diǎn) 要點(diǎn)一：在本文中，作者將及時回顧MOFs和MOF衍生材料作為新興支架固定催化活性單一金屬位點(diǎn)的最新進(jìn)展。首先介紹了合理構(gòu)建這種單一金屬礦催化劑的各種合成方法，其中它們的結(jié)構(gòu)識別利用強(qiáng)大的表征技術(shù)，將在分子/原子水平上仔細(xì)討論。 要點(diǎn)二：然后，作者回顧了這些成熟的單一金屬礦催化劑在不同反應(yīng)中的不同催化應(yīng)用，通常包括熱催化、電催化和光催化，并強(qiáng)調(diào)了結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系，為單一金屬中心的運(yùn)行提供了機(jī)械理解。 要點(diǎn)三：最后，作者對這一新興的研究課題提出了未來的展望和幾種觀點(diǎn)。 總結(jié) 非均相單位催化在將均相體系和非均相體系的優(yōu)異性能集成到單個固體中具有巨大的潛力。特別是，由于幾乎無限的設(shè)計(jì)可能性，MOFs最近成為理想的平臺，以實(shí)現(xiàn)單一金屬礦催化劑的不同催化應(yīng)用。具體而言，與傳統(tǒng)催化劑相比，MOF基單一金屬位點(diǎn)催化劑具有許多優(yōu)點(diǎn)： 1. 金屬位點(diǎn)的完全分散和分離最大限度地利用它們； 2. 金屬位點(diǎn)在不同拓?fù)銶OFs中的可控空間位置和方向提供協(xié)同催化和級聯(lián)反應(yīng)； 3. 高的永久孔隙率和比表面積，大大促進(jìn)金屬位點(diǎn)的進(jìn)入和傳質(zhì)； 4. 活性金屬中心周圍的可調(diào)諧微環(huán)境，顯著提高反應(yīng)活性和/或選擇性； 5. 明確界定的MOF結(jié)構(gòu)，為深入了解結(jié)構(gòu)-MOFs關(guān)系創(chuàng)造了可能性。
標(biāo)題：Surface Coordination Chemistry of Atomically Dispersed Metal Catalysts 通訊作者: Nanfeng Zheng 通訊單位：廈門大學(xué) DOI:10.1021/acs.chemrev.0c00094 研究背景 原子分散金屬催化劑(ADC)作為一類新興的多相催化劑，在過去的二十年中得到了廣泛的研究。催化金屬中心的原子分散性質(zhì)使它們成為連接均相和多相金屬催化劑的理想體系。最近，新的合成策略的迅速發(fā)展導(dǎo)致了ADC的爆炸生長，其廣泛的金屬原子分散在不同化學(xué)成分和性質(zhì)的載體上。各種ADC的可用性為研究復(fù)雜的多相催化在原子水平上的機(jī)理創(chuàng)造了一個強(qiáng)大的材料平臺?？紤]到ADC上大多數(shù)分散的金屬原子是由載體的供體協(xié)調(diào)的，本綜述將演示表面配位化學(xué)如何在確定ADC的催化性能方面發(fā)揮重要作用。本綜述將從配位化學(xué)與多相催化的聯(lián)系入手。在簡要介紹了常用結(jié)構(gòu)表征方法在確定ADC的配位結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)點(diǎn)和局限性后，將討論ADC在不同類型支架上的表面配位化學(xué)。作者將主要說明不同載體系統(tǒng)上的局部和間接配位物種如何與分散的催化金屬中心起作用，以確定ADC的催化活性、選擇性和穩(wěn)定性。重點(diǎn)介紹了催化中ADC的動態(tài)配位結(jié)構(gòu)變化。
研究要點(diǎn) 要點(diǎn)一：雖然ADC是在原子水平上清楚地表征催化中心結(jié)構(gòu)的良好系統(tǒng)，但理想的先決條件是在完全相同的化學(xué)環(huán)境中分散金屬物種。然而，在許多化學(xué)制備的ADC中，這種情況是很難實(shí)現(xiàn)的。因此，有有效的表征工具使我們能夠識別ADC中的多個色散狀態(tài)是非常重要的。 要點(diǎn)二：在這篇綜述中，作者首先介紹了各種常用結(jié)構(gòu)表征方法在確定ADC協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)點(diǎn)和局限性。 要點(diǎn)三：這篇綜述將討論四種主要載體的ADC，即離子、共價(jià)、金屬和離子-共價(jià)雜化(如MOFs)固體，重點(diǎn)討論催化中心的電荷狀態(tài)和配位結(jié)構(gòu)如何主要在固態(tài)配位化學(xué)的概念框架下決定ADC的催化作用。ADC的協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)和電子狀態(tài)可以通過來自不同類型支持的捐助者的協(xié)調(diào)來調(diào)節(jié)。這些可調(diào)諧因素進(jìn)而通過影響與底物和中間體的相互作用而在催化中發(fā)揮關(guān)鍵作用。 要點(diǎn)四：在沒有直接化學(xué)鍵入催化金屬中心的情況下，即氧化物支撐中的陽離子、共摻物種、表面上的其他添加劑，也會改變ADC的催化性能。因此，這篇綜述將強(qiáng)調(diào)促進(jìn)ADC催化的間接影響。 總結(jié) 正如本綜述中廣泛討論的那樣，當(dāng)負(fù)載金屬催化劑的催化金屬的尺寸最小化為單個原子時，這些原子分散的金屬物種的配位環(huán)境成為決定催化劑整體催化性能的主要因素，包括活性、選擇性和穩(wěn)定性。中心金屬原子及其氧化狀態(tài)、配位數(shù)和幾何形狀以及來自載體的周圍配體是描述原子分散金屬催化劑配位結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵元素。這些元素一起發(fā)揮作用，以誘導(dǎo)空間和電子效應(yīng)，以確定ADC的催化作用，類似于均相金屬催化劑。從這個角度來看，原子分散的金屬催化劑是彌合多相催化劑和均相催化劑之間差距的理想體系。加上100%的金屬分散，分子水平了解ADC的催化機(jī)理，有望為實(shí)際應(yīng)用提供設(shè)計(jì)成本效益高的高性能催化劑的能力。
標(biāo)題：Advanced Electrocatalysts with Single-Metal-Atom Active Sites 通訊作者:Minhua Shao, Shaowei Chen, Gang Wu, Jie Zeng, Chao Wang 通訊單位：香港科技大學(xué)、約翰斯·霍普金斯大學(xué)、中國科學(xué)院合肥物理研究所 DOI:10.1021/acs.chemrev.0c00594 研究背景 以單個金屬原子為活性中心的電催化劑由于其高的原子利用效率和奇特的催化活性和選擇性而受到越來越多的關(guān)注。本綜述旨在對這種單原子電催化劑(SAECs)在各種能量轉(zhuǎn)換反應(yīng)中的最新發(fā)展提供一個全面的總結(jié)。討論首先介紹了不同類型的SAEC，然后概述了控制金屬中心原子分散和使用最先進(jìn)的微觀和光譜技術(shù)進(jìn)行原子分辨表征的合成方法。為了認(rèn)識到SAECs的廣泛應(yīng)用，對電催化研究進(jìn)行了各種重要的電化學(xué)反應(yīng)，包括析氫反應(yīng)(HER)、析氧反應(yīng)(OER)、氧還原反應(yīng)(ORR)、二氧化碳還原反應(yīng)(CO2RR)和氮還原反應(yīng)(NRR)。在每種情況下，SAECs的例子都是從其催化性能、結(jié)構(gòu)?性能關(guān)系和催化增強(qiáng)機(jī)制等方面進(jìn)行討論的。在每一節(jié)的末尾，都提供了一個關(guān)于SAECs發(fā)展的剩余挑戰(zhàn)和機(jī)會的觀點(diǎn)，以便進(jìn)行有針對性的反應(yīng)。
研究要點(diǎn) 要點(diǎn)一：本綜述旨在總結(jié)近十年來在單原子電催化劑開發(fā)方面取得的進(jìn)展。為了認(rèn)識到它們獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能，作者將重點(diǎn)放在它們在各種電化學(xué)反應(yīng)中的獨(dú)特催化性能和相應(yīng)的機(jī)理研究上。 要點(diǎn)二：考慮到合成和表征在理解結(jié)構(gòu)?性質(zhì)關(guān)系方面的重要性，我們還簡要概述了控制金屬中心在各種襯底上的原子分散的各種合成方法，以及能夠描述這種原子結(jié)構(gòu)的最新微觀和光譜技術(shù)。 要點(diǎn)三：作者還強(qiáng)調(diào)，SAECs在此指具有原子分散活性中心的電催化劑，它們通常是處于陽離子或金屬狀態(tài)的過渡金屬。從下面的討論中可以看出，只有通過共價(jià)或金屬鍵與適當(dāng)?shù)囊r底穩(wěn)定，這種單原子活性中心才能存在。 總結(jié) 單原子電催化已經(jīng)發(fā)展成為電化學(xué)研究的新前沿。SAECs獨(dú)特的原子結(jié)構(gòu)和吸附性能使其在提高電化學(xué)反應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換和化學(xué)轉(zhuǎn)化效率方面具有重要意義。與具有各種表面結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)納米催化劑相比，SAECs被認(rèn)為是定義良好的活性位點(diǎn)模型；因此，結(jié)構(gòu)?性質(zhì)關(guān)系可以精確地描述，并易于應(yīng)用于先進(jìn)電催化劑的合理設(shè)計(jì)。在許多情況下，優(yōu)越的催化活性和選擇性已經(jīng)被證明，先進(jìn)的催化性能通常來源于外來金屬?底物的配位和電子相互作用。由于其金屬元素的高利用效率和非貴金屬在苛刻的反應(yīng)條件下的穩(wěn)定性，SAECs在降低電化學(xué)系統(tǒng)成本方面也具有很大的潛力。
標(biāo)題：Atomically Dispersed Metals on Well-Defined Supports including Zeolitesand Metal-Organic Frameworks: Structure, Bonding, Reactivity, andCatalysis. 通訊作者: Bruce C. Gates 通訊單位：美國加州大學(xué)戴維斯分校 DOI:10.1021/acs.chemrev.0c00864 研究背景 當(dāng)負(fù)載型催化劑中的金屬被原子分散時，它們通常是陽離子的，并且化學(xué)結(jié)合到載體上。這類貴金屬的研究正在迅速增長，導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)具有新性能的催化劑。這些材料的表征是具有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)榻饘僭玉v留在通常不均勻的組成和結(jié)構(gòu)表面。作者認(rèn)為，對這些材料的結(jié)構(gòu)和催化性能的理解最強(qiáng)烈地來自于結(jié)構(gòu)均勻的催化劑（分散在晶體載體上的金屬原子）的研究，這些催化劑可以用原子分辨率電子顯微鏡、X射線吸收光譜和紅外光譜進(jìn)行尖銳的表征，并得到密度泛函理論的支持。
研究要點(diǎn) 要點(diǎn)一：本文討論的主題是原子分散負(fù)載金屬的結(jié)構(gòu)表征、反應(yīng)性和催化性能。 要點(diǎn)二：作者包括合成方法的簡要說明（通過前體在溶液中與支撐表面的反應(yīng)），并強(qiáng)調(diào)表征實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，闡明結(jié)構(gòu)、再活性和催化性能，突出金屬物種及其周圍的均勻性程度以及結(jié)構(gòu)與催化性能之間的關(guān)系。 要點(diǎn)三：雖然原子分散的負(fù)載金屬已經(jīng)在技術(shù)中使用了幾十年，但只有當(dāng)電子顯微鏡開始提供在載體上分離的金屬原子的圖像時，它們才成為一個熱門的研究課題，從而證明沒有金屬團(tuán)簇或粒子。這種圖像使一些作者推斷，催化劑在某種意義上是理想的，金屬及其周圍環(huán)境是均勻的，盡管大多數(shù)載體表面具有內(nèi)在的異質(zhì)性。 總結(jié) 原子分散并與固體表面結(jié)合的金屬具有反應(yīng)性和催化特性，與傳統(tǒng)的支撐金屬催化劑有明顯的不同，傳統(tǒng)的支撐金屬催化劑由支撐上的簇或納米顆粒組成。原子分散在載體上的金屬，如金屬氧化物，是帶正電荷的，具有由電荷和與金屬結(jié)合的配體決定的再活性，其中包括載體。最廣為人知的樣品將金屬納入幾乎獨(dú)特的支撐表面鍵位點(diǎn)，因此支撐的物種幾乎都是相同的。然后，光譜本質(zhì)上代表了獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，而不僅僅是異質(zhì)表面結(jié)構(gòu)的平均值，這些定義明確的樣品與大多數(shù)樣品形成鮮明對比，這些樣品由原子分散的金屬在支撐上組成，這些金屬通常是金屬氧化物和各種形式的碳。
標(biāo)題：Single-Atom Alloy Catalysis 通訊作者:E. Charles H. Sykes 通訊單位：塔夫茨大學(xué) DOI:10.1021/acs.chemrev.0c00078 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????研究背景 單原子合金(SAAS)在單位催化領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，通常由原子分散在更惰性和催化選擇性的宿主金屬中的催化活性元素組成。在電、光和熱催化研究中，SAAS已被證明能催化一系列工業(yè)上重要的反應(yīng)。由于SAAS獨(dú)特的幾何形狀，反應(yīng)中間體的過渡態(tài)和結(jié)合位點(diǎn)的位置往往是解耦的，這可以使反應(yīng)物的容易解離和中間體的弱結(jié)合成為有效和選擇性催化的兩個關(guān)鍵因素。通常，這會導(dǎo)致偏離限制傳統(tǒng)催化劑的過渡金屬結(jié)構(gòu)關(guān)系。SAAS還降低了CO中毒的易感性，降低了貴金屬使用量的成本，提供了通過溢出產(chǎn)生雙功能機(jī)制的機(jī)會，以及提高了對許多工業(yè)催化劑失活的抵抗力。在這篇綜述中，我們首先介紹了SAAS，并描述了如何制備和表征模型體系和納米粒子催化劑。然后，作者回顧了所有可用的SAA文獻(xiàn)，在每個反應(yīng)的基礎(chǔ)上，最后描述了這類新的多相催化劑的一般性質(zhì)，并為未來的研究和開發(fā)提供了機(jī)會。
研究要點(diǎn) 要點(diǎn)一：作者首先描述了如何在模型體系和納米粒子形式下制備和表征SAAs，然后回顧了SAAs在廣泛的工業(yè)重要反應(yīng)中的化學(xué)反應(yīng)性的文獻(xiàn)。 要點(diǎn)二：然后，作者對這類新型多相催化劑的一般性質(zhì)、工業(yè)規(guī)模的可行性以及未來研究的潛在領(lǐng)域進(jìn)行了評述。 要點(diǎn)三：SAAS是一種新型的多相催化劑，具有許多理想的性能。這些包括對具有抗失活能力的產(chǎn)品的高選擇性，導(dǎo)致雙功能的溢出途徑，能夠打破傳統(tǒng)線性標(biāo)度的特性，以及新的電子結(jié)構(gòu)。 總結(jié) 正如作者詳細(xì)討論過的，在過去的8年里，SAA領(lǐng)域已經(jīng)有了相當(dāng)多的研究，但SAA仍然是一種非常新型的多相催化劑，需要更多的工作來充分了解它們在更廣泛的金屬組合和不同反應(yīng)中的性能。在一般意義上，由于它們非常明確的活性中心和高選擇性的SAAS可以被視為有點(diǎn)類似于均相催化。通常，多相催化劑在高溫下是穩(wěn)定的，但由于暴露于許多不同的、不明確的活性中心，導(dǎo)致選擇性差。另一方面，均相和酶催化劑具有非常明確的活性位點(diǎn)，具有很高的選擇性，但它們在進(jìn)行許多工業(yè)反應(yīng)所需的高溫下降解。SAAS結(jié)合了均相催化中常見的均勻活性中心和多相催化中常見的熱穩(wěn)定性。其特殊的催化活性和簡單，低成本的合成方法，使SAAs成為理想的工業(yè)化學(xué)催化劑。
標(biāo)題：Single-Atom Catalysts across the Periodic Table 通訊作者: Javier Perez-Ramírez 通訊單位：蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院 DOI:10.1021/acs.chemrev.0c00576 研究背景 具有獨(dú)特反應(yīng)性的孤立原子是酶催化劑和均相催化劑的核心。相反，雖然這一概念早已存在，但單原子多相催化劑(SACs)直到最近才得到重視。載體材料與均相催化劑中的配體具有相似的功能，決定了孤立原子的穩(wěn)定性、局部環(huán)境和電子性質(zhì)，從而為多相催化劑的靶向應(yīng)用提供了一個平臺。在短短十年的時間里，許多SACs的例子被報(bào)道，它們以其獨(dú)特的反應(yīng)性破壞了多相催化的不同領(lǐng)域，并大大豐富了我們對表面分子過程的理解。通過廣義地定義單原子催化，探索了全部元素多樣性，在整個周期表中加入了不同的區(qū)域，并討論了歷史里程碑和最近的發(fā)展。作者研究了通過不同的單原子?載體組合獲得的配位結(jié)構(gòu)和相關(guān)特性，并將它們在熱、電和光催化中的主要應(yīng)用聯(lián)系起來，揭示了元素特異性演化、載體設(shè)計(jì)和用途的趨勢。最后，作者強(qiáng)調(diào)了該領(lǐng)域的前沿，包括多金屬SACS、原子接近控制以及多步和級聯(lián)反應(yīng)的可能應(yīng)用，確定了挑戰(zhàn)，并為這一繁榮領(lǐng)域的未來發(fā)展提出了方向。
研究要點(diǎn) 要點(diǎn)一：在短短十年內(nèi)，單原子催化在多相催化領(lǐng)域產(chǎn)生了真正的轟動，導(dǎo)致了許多令人興奮的發(fā)現(xiàn)?？紤]到將孤立原子與宿主系統(tǒng)配對并微調(diào)它們的配位環(huán)境的幾乎無限的可能性，尚未發(fā)現(xiàn)的SACs的數(shù)量和潛力呈現(xiàn)出有趣的前景。 要點(diǎn)二：作者首先概述了SACs的一些基礎(chǔ)方面，隨后，分析了周期表中每個元素的動態(tài)，無論是單獨(dú)的，還是在小組內(nèi)的，這取決于現(xiàn)有的文獻(xiàn)。特別關(guān)注的是獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，這是通過迄今報(bào)告的不同的單原子?載體組合確定的。討論了從常用的表征工具中提取的單個指紋，強(qiáng)調(diào)了特定元素的特征和挑戰(zhàn)。 要點(diǎn)三：介紹了基于聚類和/或納米顆粒的系統(tǒng)的應(yīng)用和選擇的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系。 總結(jié) 在這篇綜述中，作者已經(jīng)證明了在孤立的化學(xué)環(huán)境中含有外來原子的多相催化劑在元素周期表中是普遍存在的，并且起著關(guān)鍵的催化作用。開放骨架材料和雜原子摻雜碳等同長期以來已知含有孤立的活性中心，并被商業(yè)開發(fā)用于不同的應(yīng)用。相反，后過渡金屬單原子的催化使用在過去十年中才得到證明。隨后的研究浪潮使LTM基單原子催化劑成為當(dāng)今該領(lǐng)域研究最深入的周期表基團(tuán)之一。然而，單原子催化的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了晚期過渡金屬，堿金屬、早期過渡金屬、鑭系、過渡后金屬、類金屬和非金屬都有相當(dāng)多的例子。由于后者的報(bào)告往往缺乏對活動組件的結(jié)構(gòu)和大小的詳細(xì)描述，因此SACs的實(shí)際范圍甚至更廣，并將繼續(xù)增長。 所有文獻(xiàn)匯總鏈接：https://pan.baidu.com/s/1CxpvXIloVHbivU9m1gbocA 文本編輯：Kelvin；文本審核：Hiphone |
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