综述：单原子催化前沿：能源转化与存储的未来形态

这篇综述系统阐述了单原子催化剂（SACs）在催化、能源转化（如电催化、光催化、热催化）及环境修复中的革命性应用。文章深入探讨了SACs的合成策略（如自上而下/自下而上法）、原子级表征技术（如原位operando表征）、载体设计（如碳基/TMDs/MOFs）及性能调控手段（如异质原子掺杂、空位工程），并重点分析了其在HER/OER/CO2RR等反应中的机理与储能技术（如金属-O2电池）中的突破性作用，为可持续发展提供了原子级解决方案。

　　

单原子催化：重塑能源与环境的原子级工具箱

Abstract
单原子催化剂（SACs）以其近100%的原子利用率、明确的活性位点和可调电子结构，成为催化领域的变革性技术。从电催化水分解（HER/OER）到CO₂还原（CO₂RR），SACs通过降低反应能垒显著提升效率，而其在不饱和配位环境（CE）中的独特电子态进一步优化了反应路径。

Emergence of single-atom-based catalysis
传统均相/多相催化剂面临效率瓶颈，而SACs通过孤立金属原子（如Pt₁/FeO_x）与载体的强相互作用（MSI）实现稳定高活性。双/三原子催化剂（DACs/TACs）则通过原子协同效应拓展了应用边界。

Synthesis and Characterization
合成策略上，机械球磨（自上而下）与湿化学法（自下而上）结合可精准调控原子分散。像球差校正电镜（AC-STEM）和XAS等技术揭示了SACs的配位结构与电子转移机制，而原位表征动态追踪了反应过程中的活性位点演变。

载体与性能增强
碳基载体（如石墨烯）和MXenes通过π-d轨道耦合稳定金属原子，而空位工程和异质原子（如N、S）掺杂调节电荷分布，提升CO₂RR选择性。例如，Fe-N-C SACs在ORR中表现出类铂活性，而Co-SACs在Li-S电池中抑制多硫化物穿梭。

能源与环境应用
在光催化中，SACs的量子尺寸效应促进光生电荷分离，大幅提升N₂还原（NRR）产氨效率。环境修复方面，Pd SACs可高效降解NO_x，而Cu SACs在CO₂加氢中实现甲醇高选择性合成。

Challenges and Prospects
尽管前景广阔，SACs的规模化制备与长期稳定性仍是瓶颈。未来需开发普适性合成方法，并建立原子设计-性能数据库以加速AI驱动的催化剂开发，最终推动其在碳中和与清洁能源中的实际应用。