背景介绍

单原子催化剂（SACs）通过将金属原子以孤立形式稳定锚定于载体表面，展现出理想的催化特性。其核心优势在于极高的原子利用率、明确的活性位点以及可调的局域配位结构，不仅能显著降低贵金属消耗，还在催化效率、选择性和稳定性方面表现卓越。经过十余年的发展，研究已在SACs的多种合成策略（如自上而下/自下而上法）与催化反应机理理解方面取得重要进展，并实现了通过调控中心金属种类及配位环境来精准设计催化剂材料。尽管SACs在能源催化和化学转化等领域获得广泛应用，现有综述却普遍缺乏对其在环境修复领域中系统化应用的深入探讨。为此，本综述旨在填补该领域的研究空白，系统阐述SACs在水处理、空气净化及土壤修复等多种环境工程场景中所面临的共性挑战与关键问题，以期为该方向的未来发展提供理论依据与研究视角。

成果简介

本综述围绕单原子催化剂（SACs）在环境修复领域的应用展开。文章系统阐述了SACs的设计策略、催化机理及核心的“结构-性能”之间构效关系，旨在为开发高效、环境友好的催化材料提供见解。通过原子尺度解析，我们重点揭示了活性位点、电子结构与催化效能之间的内在关联。在应用层面，详细探讨了SACs在光催化与电催化技术中，用于气态污染物治理（如氮还原、二氧化碳还原）、废水处理（如重金属去除、有机污染物降解）以及固体废物管理和土壤修复等前沿方向的卓越性能与进展。本综述的独特性在于，不仅进行了跨环境工程领域的系统比较分析，更聚焦于SACs在真实复杂环境下面临的关键挑战（如复杂基质、共存干扰物、长期稳定性），并为未来设计应用于环境化学修复的SACs提供了前瞻性视角。

图文导读

图1 单原子催化剂的载体分类、功能及典型应用。

图2 单原子催化剂在环境修复应用中的展望。

作者简介

通讯作者

陈洪，南方科技大学副教授（长聘）、研究员，现任环境科学与工程学院党委书记，深圳市材料界面科学和工程应用重点实验室副主任，固废关键元素低碳资源循环与污染控制化学课题组组长。课题组研究方向聚焦城市工业、矿业固废及其衍生的废水、废气中关键元素的绿色低碳资源循环利用与污染控制问题，致力于开发新型光、电、热化学转化工艺、技术与装备，并深入研究关键元素循环过程中体相与界面转化的原子级尺度机制表征技术。近年来Sci. Adv., PNAS, Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Environ. Sci. & Technol., Nano Lett., ACS Nano等杂志发表论文近160篇，Google Scholar总引用次数11426余次，h-index 59。申请专利30余项，授权10项。先后参与主持广东省杰出青年基金、国家自然科学基金面上项目、科技部青年专项、深圳市基础研究重点项目、深圳市海外高层次引进人才项目、瑞典瓦伦堡基金会Maxlab IV同步辐射专项博士后基金等。入选斯坦福大学全球前2%科学家榜单，获美国化学会可持续化学与工程讲席奖、中国化学会青年环境化学奖、中国环境科学学会青年科学家奖，中国有色金属学会循环经济科技创新青年突出贡献奖、广东省环境科学学会青年科技奖金奖等。

 第一作者

上官杨子，博士研究生，现就读于南方科技大学，主要研究方向为新型环境功能材料设计与环境修复应用，以第一作者身份在Small、J. Hazard. Mater.、Chem. Commun.、Nano Res.等国内外期刊上发表6篇SCI论文。

文章信息

Shangguan Y, Wang R, Zhou Y, et al. Design and engineering of single-atom catalysts for environmental remediation: Principles and structural-property relationship. Nano Research, 2025, https://doi.org/10.26599/NR.2025.94908168.

识别二维码或点击左下角“阅读原文”可访问全文