Advanced Function Materials: 单原子催化剂的合成策略、催化应用和性能调控

从负载型金属催化剂中金属的利用率角度考虑,理想的活性位点应是金属单原子。这主要是因为每个金属原子都可作为独立活性位点发挥催化作用,理论上实现100%的原子利用率,单原子催化剂(Single-atom catalysts,SACs)则可以实现这一目标。相较于传统多相催化剂,单原子催化剂具有独特的结构特性和催化性质,成为连接均相催化和非均相催化的一座桥梁。近年来,随着单原子催化剂的合成方法、表征技术、应用领域和性能研究等方面的发展,单原子催化剂已成为催化领域的一个主要研究方向。

华中科技大学王帅、肖菲教授和韩国成均馆大学Jong Wook Bae 教授近日在Adv. Funct. Mater.上发表了题为“Synthesis Strategies, Catalytic Applications, and Performance Regulation of Single-Atom Catalysts”的综述文章。该文系统综述了近年来已报道的单原子催化剂领域研究进展。

作者们首先概括了单原子催化剂的发展历程,介绍了本领域的部分研究者们的重要和标志性研究成果。总结了几种常见的单原子催化剂制备策略——浸渍法、高温合成、化学刻蚀、电化学沉积、光化学法和原子层沉积法等。综述主体借助相关文献评述了单原子催化剂在电催化、光催化、有机合成和生物医疗中的催化等领域的应用和性能特点。此外,也总结了不同单原子催化剂性能调控的方法,评述了单原子催化剂的活性、选择性和稳定性的提升对策及相应的实验/理论研究结果。最后,作者们讨论了现阶段有关单原子催化剂研究存在的问题和挑战,针对单原子催化剂金属负载量的提高、规模化制备方法的开发、催化性能的精准调控、催化机理的探究和应用领域的拓展等方面提出了建议。该工作发表在Adv. Funct. Mater.(DOI: 10.1002/adfm.202008318.)上。

作者简介:

王帅(Shuai Wang),华中科技大学教授,博士生导师。长期从事碳基功能材料的设计合成及其在光电/能源器件和催化领域的应用研究,取得了一系列重要研究成果。申请人作为第一或通讯作者在Advanced Materials、Advanced Functional Materials、 Advanced Energy Materials、ACS Nano、Nano Letters、Nano Energy 等国际权威期刊发表论文100余篇,其中ESI高被引论文13篇、热点论文5篇、“中国百篇最具影响国际学术论文”1篇,论文总的被引次数达到5000余次。