单原子催化剂可提高催化反应效率 未来市场潜力巨大
催化反应在工业上不可或缺，催化剂地位重要。传统催化反应一般为多相催化，在催化剂表面进行，效率较低。为提高催化效率，催化剂被制成纳米粒子，但纳米粒子催化剂稳定性差，需要比表面积大的材料作为载体来提高其稳定性，这种载体被称为负载催化剂。单原子催化剂，是一种仅含有相互孤立的单个原子作为催化活性中心的负载催化剂，是促进催化反应效率提高的重要手段。
单原子催化概念于2011年被提出，2014年以来，单原子催化剂研究热潮到来，成为催化剂领域的研究前沿。根据新思界产业研究中心发布的《2021-2025年单原子催化剂行业深度市场调研及投资策略建议报告》显示，单原子催化剂结构特殊，与常规催化剂相比，具有表面自由能大、反应活性高、选择性好、稳定性优等特点，在应用时使用量较少，可降低成本，经济价值高。单原子催化剂在二氧化碳还原、电解水制氢、燃料电池氧还原反应、锂硫电池多硫化锂转化等领域具有巨大发展潜力。
单原子催化剂可采用静电吸附法、质量分离软着陆法、共沉淀法、湿浸渍法、水热合成法、原子层沉积法等工艺来制备。其中，静电吸附法制备的产品表面易出现缺陷，会影响使用性能；质量分离软着陆法在制备过程中需要超高真空条件，难度大，无法实现规模化生产。现阶段，已发现可用于单原子催化剂领域的金属种类较多，有铁、铜、镍、锰、钛、铬、钴、铟、镓、金、银、铂等，可将这些金属的代表性优点整合到单原子催化剂中。
2017年8月，中国科学院大连化学物理研究所团队制备出单原子分散的Fe-N-C催化剂，并将其应用于C-H键选择性氧化反应中，获得了优异的活性和选择性；2019年10月，该团队与清华大学合作，研发出一种乙二胺络合-惰性气氛快速热处理的单原子催化剂制备新方法。2021年10月，电子科技大学电子科学与工程学院团队开发了负载在共轭多孔氮化碳聚合物上的钴（Co）和钌（Ru）双单原子催化剂，光催化CO2转化率（TON）高达200以上。
新思界行业分析人士表示，我国单原子催化剂研究成果不断增多，同时，政策对行业的发展也极为关注。“十四五”国家重点研发计划“催化科学”重点专项中提出，发展单原子催化剂的制备与稳定方法，在原子尺度上实现单原子催化剂的组成和结构调控，最大限度的提高催化剂的催化效率，促进单原子催化剂在不同催化反应的应用。由此来看，未来我国单原子催化剂技术研究将日益深入，为其规模化生产奠定了良好基础。