单原子催化剂(SACs)是一种将表面金属原子孤立在载体表面的催化剂，由于这种结构可以充分利用贵金属，而不会遮挡纳米粒子内部的原子，并且能够实现典型纳米粒子催化剂无法引发的独特的表面反应，因此近年来受到了极大的关注。目前，人们已经开发了多种SACs合成方法和表征技术，在金属氧化物/碳化物/氮化物、沸石或金属−有机骨架衍生的多孔材料、碳基材料等载体上实现了单原子结构。此外，当金属原子被隔离在其他金属纳米颗粒上时，这种材料被表示为单原子合金（SAA）。最近，已经报道了整体催化剂，其中所有的金属原子与相邻的金属原子一起暴露在表面上，克服了单原子催化剂的局限性。研究人员将所有这些材料（SACs、SAAs和整体催化剂）称为非均相原子催化剂。为了将这些原子催化剂实用化，保证高耐久性至关重要。

近日，韩国科学技术院Hyunjoo Lee综述了具有高耐久性的多相原子催化剂的最新进展。

文章要点

1）结构稳定性，体现了表明表面原子结构是否具有热力学稳定性。典型地，金属原子被锚定在高度缺陷的载体上，稳定了金属原子和载体。而表面金属原子在吸附化学中间体时则可能变得不稳定。因此，需要仔细监控这种瞬时行为，而密度泛函理论（DFT）计算在预测这种稳定性时特别有用。

2）除了结构稳定性之外，催化剂性能会因杂质中毒而显著降低。如果单原子位点易受具有更强吸附的杂质的影响，则表面反应将不能有效地发生，导致活性降低而没有结构降解。因此，需要对目标反应进行长期耐久性试验。

3）多相原子催化剂已经用于各种电化学、光催化和热反应。虽然电、光和热只是能量的不同形式，但催化剂应该满足的具体条件是不同的。此外，尽管贵金属原子主要用作表面活性位点，但载体的性质因反应类型而异。例如，对于电化学反应，载体应该具有高导电性，对于光催化反应，载体应该能够吸收光，并且对于热反应，载体应该在存在蒸汽的高温下是耐用的。这些新催化剂可以加速当前向更可持续化学生产的范式转变。

参考文献

Sangyong Shin, et al, Highly Durable Heterogeneous Atomic Catalysts, Acc. Chem. Res., 2022

DOI: 10.1021/acs.accounts.1c00734

https://doi.org/10.1021/acs.accounts.1c00734