一、    研究背景

多相催化剂具有优异的热稳定性和易分离性，广泛应用于工业催化领域。这种催化剂的活性组分通常由微米或纳米金属颗粒组成，只有部分表面金属原子参与催化反应，因此金属利用率低。另外，多相催化剂的催化性能受金属暴露面积、晶面取向、晶格缺陷等因素的影响，常导致副反应多，产物选择性较差。为了解决这些问题，大连化学物理研究所张涛院士团队于2011年提出了"单原子催化剂"（Signal Atom Catalysts，SACs）的概念，即将催化剂颗粒的尺寸减小到只有单个金属原子。在这种情况下，金属原子的利用率达到最大，且由于单原子金属活性中心的低配位特点，使其具有明显不同于颗粒催化剂的催化特性。炭材料具有孔道丰富、比表面积大、导电性高等优势，是SACs的理想载体。尤其在电催化转化CO₂、N₂和H₂O等小分子为燃料或高附加值化学品的电化学反应中，炭载SACs展现出了极佳的催化性能，有望得到广泛应用。

二、    工作简介（含主要图或表）

图文摘要

该综述首先回顾了炭载SACs的发展历史，总结了炭载SACs的各种化学合成方法，包括：气相输运、湿化学、高温热解、原子层沉积、电化学沉积和固相合成法等；随后讨论了用于分析炭载SACs形貌和结构的各种表征工具和技术，包括：球差校正高角度环形暗场扫描透射显微镜、X射线吸收近边结构谱仪和X射线吸收精细结构谱仪等，并且重点论述了原位表征技术（如原位红外吸收光谱、原位拉曼光谱、原位X射线吸收近边结构谱等）在炭载SACs电催化反应机理方面的研究；然后详细评述了炭载SACs在各种电化学反应中的应用，包括：析氢反应（Hydrogen Evolution Reaction，HER）、析氧反应（Oxygen Evolution Reaction，OER）、氧还原反应（Oxygen Reduction Reaction，ORR）、二氧化碳还原反应（CO₂ Reduction Reaction，CO₂RR）和氮还原反应（Nitrogen Reduction Reaction，NRR）等；最后，总结展望了炭载SACs在电催化领域应用的未来发展方向及面临的挑战，并提出了一些解决思路。

New Carbon Materials文章信息

Wang Yi-cheng, Ma Xiao-bo, Ayeza, Wang Chen-xu, Li Yang, Wang Zhe-fan, Wang Chao, Hu Chao^*, Zhang Ya-ting^*. A review of carbon-supported single-atom catalysts for electrochemical reactions. New Carbon Materials, 2024, 39(3): 407-438.

DOI: 10.1016/S1872-5805(24)60863-2

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