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汪國秀重磅綜述：全面總結(jié)單原子、雙原子、團簇催化劑的合成方法，穩(wěn)定策略以及在電催化中的應(yīng)用進展

時間：2022-05-01 來源： 瀏覽：

汪國秀重磅綜述：全面總結(jié)單原子、雙原子、團簇催化劑的合成方法，穩(wěn)定策略以及在電催化中的應(yīng)用進展

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綜述背景

隨著可再生能源的快速發(fā)展和環(huán)境問題的廣泛關(guān)注，提高能源轉(zhuǎn)換效率，實現(xiàn)可重復(fù)利用資源的高效轉(zhuǎn)換迫在眉睫。 盡管在過去幾十年中取得了巨大的研究進展，但催化劑的高成本和低轉(zhuǎn)化效率仍然是阻礙可再生能源廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵障礙，例如通過水分解（析氫反應(yīng)（HER）和析氧反應(yīng)（OER））將電能轉(zhuǎn)化為H 2 和O 2 形式的化學能，H 2 和O 2 通過氧還原反應(yīng)（ORR）以燃料的形式轉(zhuǎn)化回水來發(fā)電。其他電化學反應(yīng)，如CO 2 還原反應(yīng)（CO 2 RR）和氮還原反應(yīng)（NRR），它們使N 2 和CO 2 分別能夠產(chǎn)生燃料或增值產(chǎn)品，通常也受到反應(yīng)動力學緩慢的阻礙，因此需要高效的電催化劑來促進這些過程。
以顆粒形式存在的貴金屬和非貴金屬基催化劑是最常用的催化劑。然而，顆粒催化劑仍存在許多問題，如原子利用率低，尤其是貴金屬基催化劑。 原子分散催化劑（ADC）通過控制中心金屬原子周圍的構(gòu)型和組成，具有較高的原子利用效率和催化選擇性，已逐漸成為催化劑領(lǐng)域的一個新的研究前沿。根據(jù)中心金屬原子的數(shù)量，ADC可分為幾種不同的類型，包括單原子催化劑（SAC）、雙原子催化劑（DAC）和團簇?！皢卧哟呋钡母拍钣?011年首次提出，此后，在SAC的設(shè)計和相應(yīng)電催化過程的探索方面取得了巨大的努力和進展。得益于獨特的結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)，SAC通常對典型的電化學反應(yīng)表現(xiàn)出特定的催化性能。更重要的是，過渡金屬基材料被認為是貴金屬催化劑的潛在替代品。與SAC相比，DAC由兩個相鄰的原子組成，具有高度活躍的原子界面，通常表現(xiàn)出獨特且意想不到的特性。作為ADC最重要的分支之一，由幾個到幾十個原子組成的團簇具有金屬核和周圍的保護配體。在過去幾十年中，人們對集群進行了大量研究。
ADC制備過程面臨的挑戰(zhàn)是開發(fā)與周圍雜原子協(xié)調(diào)的金屬，這可以調(diào)節(jié)不同價態(tài)金屬原子的性質(zhì)，并防止中心金屬浸出/聚集。 制造均勻穩(wěn)定的金屬原子分散體的困難，以及缺乏先進的特定于位置的表征技術(shù)，阻礙了ADC的進一步發(fā)展。經(jīng)過幾年的快速發(fā)展，ADC的研究取得了重大進展。出現(xiàn)了一些先進的設(shè)計原則和工程策略，包括激活載體表面，通過使用不同的輕原子（N、S或P）穩(wěn)定，改變中心金屬的配位環(huán)境，以及將原子分散的金屬原子共價連接到缺陷位置。正如預(yù)期的那樣，由于金屬物種的高利用率和獨特的配位結(jié)構(gòu)，ADC表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性和選擇性，賦予了與納米顆?；虼髩K金屬形式的對應(yīng)物相當甚至更好的電化學性能。更重要的是，由于特定配位環(huán)境和中心金屬尺寸的影響，ADC被認為是形成所需產(chǎn)物的有效催化劑。在實驗和理論工具的共同努力下，研究者在ADCs平臺上對催化過程獲得了一些深入的見解。原位表征方法可用于探索各種催化過程中微觀結(jié)構(gòu)、活性和選擇性之間的關(guān)系。這些有價值的想法、策略和見解反過來又促進了ADC的研究，并引發(fā)了最近關(guān)于能源和環(huán)境問題的合成策略和應(yīng)用的研究熱潮。 到目前為止，已經(jīng)有許多綜述報道了關(guān)于用于能量轉(zhuǎn)換反應(yīng)的ADC的合成過程、配位環(huán)境等，其涉及SAC、DAC或團簇的一個或多個方面。然而，仍然迫切需要對ADC的制造策略、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性特征以及在儲能和轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的綜合應(yīng)用進行系統(tǒng)總結(jié)。

綜述速覽

原子分散催化劑（ADC）由于其獨特的結(jié)構(gòu)特征和最大化的效率，可以在多相催化和均相催化之間架起橋梁，其原子大小從單個原子到團簇不等。ADC已經(jīng)取得了巨大的進步，包括開發(fā)先進的合成策略、提高電化學性能和揭示潛在的基本機制。在此， 悉尼科技大學汪國秀教授、東華大學喬錦麗教授、悉尼科技大學Jinqiang Zhang對ADC（單原子、雙原子、團簇催化劑）在典型電化學儲能和轉(zhuǎn)換應(yīng)用的最新進展進行了全面和系統(tǒng)的回顧。 本文要點歸納如下：
（1）簡要總結(jié)了不同類型的ADC，包括單原子、雙原子到團簇催化劑的各種合成策略。 具體來說，根據(jù)此處是根據(jù)金屬的類型，分為貴金屬ADC、非貴金屬ADC和貴/非貴金屬ADC復(fù)合型催化劑。
（2）重點介紹了ADC的穩(wěn)定策略、性能評估、機理理解、儲能和轉(zhuǎn)換典型應(yīng)用中的綜合實驗和理論研究等關(guān)鍵問題。 探究了ADC的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性，主要討論了配體錨定的ADC，以及ADC與底物相互作用的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性。
（3） 討論了ADC作為高性能電催化劑在能量存儲和轉(zhuǎn)換應(yīng)用（包括燃料電池和金屬空氣電池中的氧還原反應(yīng)、水分解中的析氧和析氫反應(yīng)、氫氧化反應(yīng)、二氧化碳還原和氮還原反應(yīng)）中的典型應(yīng)用。 最后，展望了ADC在能量存儲和轉(zhuǎn)換應(yīng)用中的研究挑戰(zhàn)和發(fā)展方向。

圖文賞析

一、ADCs的設(shè)計策略

開發(fā)用于電化學反應(yīng)的高活性ADC對未來可再生能源技術(shù)十分重要。催化劑的結(jié)構(gòu)對催化劑的活性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。因此，具有特殊成分和微觀結(jié)構(gòu)的ADC的準確構(gòu)建和表征尤為重要。 本節(jié)主要總結(jié)了ADC的設(shè)計策略，作者按照 貴金屬和非貴金屬分類 ，從單原子、雙原子到 團簇進催化劑行介紹 。
1、單原子催化劑
單原子催化劑（SAC）具有原子分散的金屬中心，在能量轉(zhuǎn)換應(yīng)用中已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注和興趣，被認為是多相催化和均相催化之間的橋梁。 與傳統(tǒng)催化劑相比，SAC的典型氧化還原反應(yīng)的高效率和獨特的選擇性具有優(yōu)勢。然而，缺乏有效的合成策略極大地限制了對SACs的深入探索。在過去十年中，為了解決這些問題，進行了大量的研究工作。本節(jié)主要是從貴金屬到非貴金屬的角度詳細討論SACs合成方法的最新進展。
1.1、貴金屬基單原子催化劑
構(gòu)建分散且穩(wěn)定的貴金屬基SAC可以有效提高活性位點的密度，減少金屬使用，并最終降低成本。傳統(tǒng)的基于貴金屬的SAC制造方法通常涉及繁瑣的程序。近年來，為了合理地合成具有高原子利用率和電催化活性的貴金屬基SAC，人們設(shè)計并開發(fā)了幾種新穎、方便的方法。
自上而下的策略： 通過高溫引發(fā)的熱遷移等特殊處理，大塊納米顆?？梢赞D(zhuǎn)化為低維納米材料。研究者已經(jīng)觀察到，貴金屬顆粒（Pd、Pt和Au）可以在惰性氣氛中通過高溫下的競爭燒結(jié)和霧化過程轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的SAC。一個典型的例子是，納米顆粒向單個Pd原子的熱轉(zhuǎn)化是由Pd原子在氮摻雜碳的缺陷位置上的捕獲來驅(qū)動的，以形成更穩(wěn)定的熱力學Pd-N 4 結(jié)構(gòu)，這是由DFT計算支持的（圖 ?2a）。分散在Hollandite型氧化錳（HMO）上的單個Ag原子已通過反奧斯特瓦爾德成熟機制成功實現(xiàn)，這是因為熱遷移的銀原子可以進入HMO的通道形成銀鏈（圖。?2b）。
自下而上策略： 原子層沉積（ALD）被認為是制備SAC的一種有效方法，它可以通過連續(xù)的、自限制的表面反應(yīng)精確地調(diào)節(jié)基底上原子的分布和大小。研究者通過ALD法成功地在氮摻雜石墨烯上制備了Pt SAC。通過簡單地調(diào)節(jié)ALD的循環(huán)次數(shù)，可以控制Pt單原子的密度。值得注意的是， 在自下而上的合成方法中，濕化學法具有成本低的優(yōu)點，使合成各種催化劑更加經(jīng)濟。

▲Fig. 2 .  a), The schematic illustrations of the transformation from Pd nanoparticles to single Pd atom.), Formation scheme of HMO (left), Ag/HMO (middle) and Ag-HMO (right) catalysts (HMO = Hollandite type MnO2).), Fabrication scheme of Pt single atoms embedded onto aniline-stacked graphene (Pt SASs/AG).

1.2、非貴金屬基單原子催化劑
雖然貴金屬的成本隨著其規(guī)?？s小到原子水平而降低，但開發(fā)替代催化劑以滿足廣泛的實際應(yīng)用仍然是當務(wù)之急。其中， 儲量豐富的非貴金屬基SAC是有價值的候選材料。目前，提高非貴金屬基SAC的催化活性和穩(wěn)定性很有挑戰(zhàn)性，這在很大程度上取決于SAC的合理結(jié)構(gòu)和成分設(shè)計。 有報道稱，通過O橋?qū)t單原子接枝到Fe單原子上，形成單原子到單原子的原子結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了Fe SAC在原子尺度上的精確調(diào)控。之后，還通過簡單的電化學還原方法制備了Ni和Fe SAC。到目前為止，已經(jīng)開發(fā)了幾種方法來獲得各種非精密金屬基SAC，下面將介紹典型的合成策略。
固態(tài)擴散策略： 在特定條件下，大塊金屬可以被激活以形成原子分散的金屬位點，類似于前述的自上而下策略，該策略被認為是在大規(guī)模水平上生產(chǎn)SAC的方便方法。例如，通過固態(tài)擴散策略成功地在碳材料上合成了原子分散的Ni原子，其中，大塊Ni在高溫下擴散到相鄰的碳殼中。最近研究者利用一步納米限制熱解策略，通過碳載體中的Ni納米顆粒轉(zhuǎn)化，還合成了可能含有NiN 3 部分的熱穩(wěn)定單Ni原子。
熱解策略： 熱解法是一種典型的經(jīng)濟高效的合成SAC的方法，它可以很容易地將單原子位點固定在碳襯底上，如多孔碳、碳納米管、碳納米纖維、炭黑等，通過優(yōu)化熱解參數(shù)，可以成功地獲得單原子高度分散的SAC。結(jié)合濕化學方法，可以同時實現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)和原子分散金屬單點。

▲Fig. 3 .  a), Schematic illustration of isolated Co sites supported on the hollow nitrogen doped porous carbon.), The synthesis of M–NC SACs via the cascade anchoring strategy.), Fabrication of the Co-ISA/CNS catalyst.

金屬有機骨架是由金屬離子和有機配體組成的多孔材料，具有固有的金屬物種、高比表面積、規(guī)則的孔結(jié)構(gòu)和化學穩(wěn)定性。 通過對鐵前驅(qū)體和ZIF的化合物進行加熱處理，可以成功地將鐵原子位錨定在ZIF-8的3D框架或籠狀結(jié)構(gòu)上。N-配位的Co-SAC是通過一步熱處理的策略成功制備的。MOFs的獨特性質(zhì)可以阻止Co-N-C催化劑的聚集，形成均勻分散在基底上的Co單原子的均勻結(jié)構(gòu)。此外，MOFs衍生策略可以增加金屬單原子的負載量。

▲Fig. 4 .  Synthetic scheme of the preparation procedures of Co based carbon SACs.

1.3、非金屬基單原子催化劑
除金屬SAC外，非金屬基單原子催化劑近年來也受到了廣泛關(guān)注。 Wang及其同事報告了一種可擴展的策略，即使用原位真空熱解方法在分層多孔碳膜上構(gòu)建原子分散的半金屬Se催化劑。 孤立的Se原子 由六環(huán)結(jié)構(gòu)的碳穩(wěn)定。此外，通過在真空密封中簡單煅燒步驟和隨后的循環(huán)伏安法活化，制備了具有 原子分散的非金屬碘（I）原子 的單原子碘化鎳（SANi-I）電催化劑，其中單I原子通過形成I-O鍵與氧原子隔離。2020年，研究者通過簡單的加壓氣體輔助工藝，在獨特的單晶Mo 2 C六方納米片陣列上合成了 原子級分散的非金屬P （2.3 wt%），其中P原子與周圍的Mo原子結(jié)合，由于單個P原子的雙向調(diào)節(jié)而形成局域電子態(tài)。
本章總結(jié)： 關(guān)于以上作者提到的SAC的合成策略，很明顯，熱解是制造原子分散金屬位置的最常用方法。此外，改進的熱解工藝對于獲得高負載量的SAC尤其重要，例如冷凍干燥輔助法、模板輔助法、受限界面定向合成法、固態(tài)擴散、聚合熱解蒸發(fā)策略等，然而，高濃度的金屬前體會導致納米顆粒的形成，而制造超高負載量和高純度SAC一致是一項重要的挑戰(zhàn)。
2、雙原子催化劑
作為連接異質(zhì)和同質(zhì)電催化劑的橋梁，SAC在過去幾十年中引起了廣泛關(guān)注。然而，SAC通常含有單一金屬中心作為活性中心，這可能無法滿足復(fù)雜催化反應(yīng)和大規(guī)模應(yīng)用的要求。原子級催化劑的催化活性在很大程度上取決于載體上的金屬負載量，而單活性中心有時無法完成基于多位點吸附的反應(yīng)。 通過在一級金屬中心附近引入二級金屬中心，可以進一步增加總金屬負載量，并為反應(yīng)提供額外的活性中心。
具有兩個相鄰原子對（通過直接或間接相互作用）的ADC被定義為DAC，這意味著每個金屬配位結(jié)構(gòu)都可以充當其他金屬原子的錨定位點。 因此，金屬原子的配位環(huán)境從所有輕原子轉(zhuǎn)變?yōu)檩p原子和一個金屬原子的配位環(huán)境。金屬原子之間的原子相互作用可以顯著調(diào)節(jié)這些金屬原子的電子結(jié)構(gòu)，使它們更有利于催化反應(yīng)。特別是，與SAC相比，具有一定原子距離的DAC的這兩個金屬中心之間的相互作用通常表現(xiàn)出獨特的性質(zhì)。例如，DAC可以提供SAC有時無法實現(xiàn)的反應(yīng)途徑，例如導致鍵斷裂或形成的多點吸附。此外，二次原子的插入還可以通過調(diào)節(jié)電子結(jié)構(gòu)影響一次原子的性質(zhì)，從而產(chǎn)生優(yōu)異的電化學活性。
在本節(jié)，作者本主要討論兩種類型的DAC，即具有相同金屬原子（A2）和不同金屬原子（AB）的DAC。

▲Fig. 5 .  a), The synthesis processes of Cu atom-pair embedded into Pd10Te3 supports.), Preparation of (Fe,Co)/N-C.), Schematic diagram of the (Zn, Co)/NSC synthesis process.), The images of HAADF-STEM and EDX mappings of FeCo-ISAS/CN.), Morphology and distribution of the elements of the Fe and Co dual species in (Fe,Co)/CNT.), Element distribution and the intensity profiles.

3、團簇催化劑
在DAC的原子結(jié)構(gòu)中引入額外的一個或多個原子會導致原子團簇的形成。 與特定數(shù)量的金屬原子被限制在襯底上的SAC和DAC不同，這些團簇通常具有廣泛的金屬量分布，范圍從3到3～20個原子為一組，進一步增加可能導致形成納米顆粒（超過1nm，超過40個金屬原子）。與SAC和DAC相比，基于團簇的催化劑能夠容納更多的金屬原子，從而進一步增加金屬負載量。此外，由于原子簇的尺寸非常小，它們不僅可以保持最大的原子利用率，還可以提供多個活動位點。
團簇中金屬中心與SAC中金屬中心的配位環(huán)境不同，往往會產(chǎn)生獨特的協(xié)同效應(yīng)和優(yōu)化的氧化狀態(tài)，使它們更有利于能量轉(zhuǎn)換反應(yīng)。 然而，很難設(shè)計具有特定數(shù)量金屬原子的團簇催化劑。隨著先進技術(shù)的發(fā)展，闡明團簇的形成機制對于合理設(shè)計合成路線是必不可少的。亞納米級Pt基團簇是在H 2 氣氛下通過單個鉑原子的聚集制備的。有趣的是，據(jù)監(jiān)測，Pt原子在O 2 氣氛下高度穩(wěn)定。這一發(fā)現(xiàn)突顯了氣氛對SAC和團簇穩(wěn)定性的重要性。
在本節(jié)，作者詳細描述從單一金屬到多金屬甚至金屬氧化物的簇合物的合成策略，這些團簇催化劑包括：單金屬團簇催化劑、非貴金屬團簇催化劑、多金屬團簇催化劑、金屬氧化物團簇催化劑。

▲Fig. 8 .  a) Fabrication of Cu@CoSx/CF by a low-temperature synthetic route involving the growth of CoSx film on CF, along with the interdiffusion of copper species from CF into the CoSx film. b, c) Digital images, d) SEM image, e) HRTEM image of Cu@CoSx/CF. A side-view SEM image and an SAED pattern of Cu@CoSx/CF are shown in the insets of (D) and (E), respectively. f) STEM image of Cu@CoSx/CF and the corresponding elemental mapping images.
二、ADCs的穩(wěn)定方法

研究者已經(jīng)通過一系列策略成功合成了SAC、DAC和團簇催化劑。但不幸的是，當制備催化劑或在高溫高壓等惡劣反應(yīng)條件下工作時，原子遷移和聚集到納米顆粒中仍然存在。 因此，反應(yīng)性氣氛對ADC的穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。例如，在O 2 氣氛下，Pt SAC被認為是穩(wěn)定的，而在H 2 氣氛下，Pt單點傾向于聚集成團。盡管通過仔細控制在載體上合成原子分散的物種是可行的，但當原子密度較高時，它仍有生成熱力學上有利的納米顆粒的趨勢。 因此，迫切需要改善金屬原子與基底之間的相互作用，或增強金屬原子與配體（包括無機和有機配體）之間的錨定效應(yīng)。 此外，理論方法作為揭示穩(wěn)定性機理的有力工具，需要為合成高穩(wěn)定性ADC提供有效的指導。

1、載體
孤立原子與載體之間的相互作用性質(zhì)對ADC至關(guān)重要。這種特殊的相互作用將賦予金屬原子獨特的電子結(jié)構(gòu)、電荷特性和配位環(huán)境，從而產(chǎn)生獨特的催化特性。 此外，金屬原子與載體之間的相互作用通常在控制催化劑的穩(wěn)定性方面起著重要作用。這種效應(yīng)將更加明顯，甚至成為ADC中的決定因素，因為金屬單原子與載體緊密結(jié)合。金屬原子與載體之間的強相互作用被認為是阻礙其聚集的關(guān)鍵因素。ADC的催化性能受載體周圍環(huán)境的影響很大。因此，控制金屬原子在基底上的特殊配位環(huán)境，增強金屬原子與載體之間的相互作用，對于理解先進ADC的催化機理和合理設(shè)計非常重要。 在本節(jié)作者介紹了載體的種類，主要包括：碳材料、碳氮化物、金屬氧化物以及其他載體（ MoS 2 、Mo 2 C 、MXene、HOPG, Mg(OH) 2 等）。
1.1、載體 效應(yīng)的理論探討
為了進一步研究ADC的性質(zhì)，研究載體上金屬原子的電子和幾何結(jié)構(gòu)非常重要。石墨烯基載體的作用對ADC的穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用，包括電子轉(zhuǎn)移機制、吸附構(gòu)型、吸附能和勢壘。 DFT計算表明，孤立的Pd原子易于在石墨烯和AC之間的受限界面上吸附和沉積。DFT計算證實，負載在三種不同ZrO 2 襯底表面的Pt團簇的穩(wěn)定性遵循：m-ZrO 2 ?(111）>t-ZrO 2 （101）>c-ZrO 2 （111）>孤立團簇的順序，表明載體對穩(wěn)定Pt團簇起到了重要作用。
1.2、配體
ADC面臨的一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)是開發(fā)具有不同價態(tài)的配體配位金屬原子的材料，這可以防止單個金屬位點浸出或形成納米顆粒。到目前為止，已報道的配位配體可歸納為雜原子和有機配體。 本節(jié)作者介紹的配位主要有：雜原子（N、O、P等)、有機配體（硫脲、谷胱甘肽、PDMAEA、氨基酸等）
2、穩(wěn)定策略
高度分散的ADC具有最高的金屬原子利用率。然而，穩(wěn)定的精確調(diào)節(jié)仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。ADC與底物之間的強相互作用對催化劑的穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。為了增強相互作用，已經(jīng)合理開發(fā)了大量策略來制備穩(wěn)定的ADC催化劑。本節(jié)作者主要介紹了： 缺陷錨定策略、限域策略等 。

▲Fig. 12 .   a) Synthetic scheme of Co-N2 and Co-N4. b) and c) Images of SEM and TEM for Co-N2. d) Corresponding EDS mapping confirming Co and nitrogen uniformly distributed on the support of carbon. e) and f) Images of HAADF-STEMf for Co-N2. g) Corresponding SAED pattern of Co-N2. h) and i) XRD patterns and EXAFS spectra confirming the Co single atoms in form of Co-N2, Co-N3, and Co-N4. j) and k) XANES and XPS of all samples.

三、ADCs在能量儲存和轉(zhuǎn)換的典型應(yīng)用

ADC由于其與納米顆粒相比的特殊性質(zhì)，在一些典型的催化應(yīng)用中引起了廣泛關(guān)注。在本節(jié)， 作者將重點介紹ADC在能量儲存和轉(zhuǎn)換中的典型應(yīng)用，包括質(zhì)子交換膜燃料電池和金屬空氣電池中的氧還原反應(yīng)、水分解中的析氧和析氫反應(yīng)、CO 2 還原和N 2 還原反應(yīng)。

▲Fig. 19 . (a, b) The scheme of B SACs as catalyst for HER and OER.[388] (c) Model of the ideal MoS2 clusers with high activity and stability. (d, e, f) HER performance of I SAC (SANi-I) and the referece samples, corresponding Tafel plots, and cycle stability of SANi-I and (inset) time-dependent overpotential of SANi-I under 20 mAcm-2. (g, h) Diagram of the free energy on the Mo2C based catalysts for HER, and the schematic of proposed catalytic cycle, and the proposed interaction mechanism between Mo-Pt complex (electron-acceptor and electron-donor) pair in Mo2C/CFP-Act and H3O+ molecular orbitals (MOs).

文章總結(jié)

在過去的幾十年里， 從單個原子到團簇催化劑的精確控制尺寸、原子數(shù)和配位構(gòu)型的ADC因其具有異質(zhì)性和同質(zhì)性的優(yōu)點而引起了人們的極大興趣。 因此，ADC被認為是能源和環(huán)境應(yīng)用領(lǐng)域很有前途的候選產(chǎn)品，包括燃料電池、電池、水分解、CO 2 和N 2 的電還原。作為ADC的代表，SAC已被廣泛研究。為了最大限度地發(fā)揮其工業(yè)應(yīng)用潛力，人們提出了許多設(shè)計和合成SAC的策略，包括錨定結(jié)構(gòu)、底物限制和配體效應(yīng)。為了保持SAC原子分散的性質(zhì)，金屬中心通常與輕元素（如MNx）配位，這通常會引入獨特的性質(zhì)，如優(yōu)越的電化學活性、特殊的選擇性和高穩(wěn)定性。然而，高度分散的單中心催化劑往往存在金屬負載量低、多步反應(yīng)活性中心不足的問題。
與SAC類似，DAC和團簇也屬于ADC類別，但具有更高的金屬負載量和附近的金屬原子。 DAC（A2或AB）和團簇（2<原子數(shù)<20）的獨特結(jié)構(gòu)具有在一個結(jié)構(gòu)單元中提供多個活性位點的能力，這使得它們可以在更廣泛的應(yīng)用中使用。相鄰金屬原子的存在使?jié)撛诘膮f(xié)同作用和附近的活性中心成為可能，從而使DAC和簇具有獨特的電子性質(zhì)，這有利于催化性能。然而，到目前為止，DAC和團簇催化劑的報告和討論仍然沒有SAC那么全面，尤其是在應(yīng)用方面。因此，未來應(yīng)進一步努力將ADC從SAC推廣到DAC和團簇催化劑，以供實際應(yīng)用。這些催化劑的開發(fā)仍處于早期階段。為了更好地利用ADC的獨特特性，未來的工作應(yīng)集中在以下幾點：（1） 開發(fā)ADC的精確可控結(jié)構(gòu)；（2） ADC的表征； （3）ADC的穩(wěn)定性； （4） ADC的擴展應(yīng)用； （5） ADC的催化機理。
Yongxia Wang, et al., Advances of atomically dispersed catalysts from single-atom to clusters in energy storage and conversion applications, Progress in Materials Science, 2022.
https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2022.100964

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