单原子催化剂（SACs）是一类具有显著不同于常规纳米催化剂的活性、选择性和稳定性的特殊负载型金属催化剂。它们的定义是所有金属组分都以单原子形式存在的催化剂，不存在同原子金属-金属键。以下是关于单原子催化剂的详细信息：
单原子催化剂的分类
单原子催化剂（SACs）：严格意义上的单个原子。
小团簇类催化剂（SCCs）：由多个原子组成的小团簇。
单原子催化剂的特点
高原子利用率：由于所有金属组分都以单原子形式存在，避免了金属-金属键的形成，从而提高了原子的利用率。
高反应活性：单原子催化剂由于其特殊的结构，表现出显著高于常规纳米催化剂的活性。
高选择性：与纳米粒子组装相比，单原子催化剂的预期选择性更高，且可变尺寸。
稳定性：单原子催化剂在反应过程中表现出良好的稳定性。
单原子催化剂的制备方法
负载型催化剂：将单个金属原子锚定在载体上，如金属有机框架（MOFs）热解后得到的单原子催化剂。
光化学方法：利用光化学方法合成单原子催化剂，如厦门大学郑南峰课题组用光化学方法合成的Pd/TiO2单原子催化剂。
惰性和氧化气氛调控：通过调控气氛条件，实现单原子催化剂的可逆转化和不同单原子物种的定性识别与定量统计。
单原子催化剂的应用
CO氧化反应：使用Pt-1/FeOx单原子催化剂在CO氧化反应中表现出优异的性能。
C=C和C=O加氢反应：Pd/TiO2单原子催化剂在C=C和C=O加氢反应中具有极佳的活性和稳定性。
二氧化碳电还原C-C偶联反应：通过级联催化剂实现CO2电还原C-C偶联高选择性制乙醇。
光电催化、金属-空气电池、氢燃料电池：多种单原子催化剂在这些领域表现出优异的催化性能。
单原子催化剂由于其独特的结构和性能，已成为催化领域的研究热点，并在多个重要化学反应中展现出巨大的应用潜力。随着研究的深入，未来单原子催化剂将在能源转化、环境保护和材料科学等领域发挥更加重要的作用。