转折点上的单原子催化丨iScience特刊

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单原子催化剂(SAC)在文献中被广泛报道。从合成到应用，SAC相关的研究在过去十年中呈指数级增长。然而，单原子催化剂的工业化并在脱碳过程中扮演关键角色这一目标的实现仍存在困难。该领域的学者们为实现SAC在可持续性研究中的全部潜力所进行的共同努力，有望成为SAC发展的转折点。

基于SAC领域的快速发展和广泛影响，以及其对未来研究的紧迫性，Cell Press期下开放获取期刊iScience特约南洋理工大学刘彬教授和中国科学技术大学吴宇恩教授作为客座编辑共同组织特刊：Single-atom catalysts at a turning point。特刊将通过涵盖一系列相关的研究来突出SAC这一跨学科主题，这些研究包括：SAC的表征，从原子到纳米的尺度对SAC的理解，SAC计算和预测，SAC的稳定性、放大合成，以及其在能源材料、燃料电池催化、水修复等方面的应用。

本期特刊目前已经发表优秀论文6篇。火热征稿，正在进行中：

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https://www.cell.com/iscience/special-issues/call-for-papers/single-atom-catalysis

特刊客座编辑介绍：

刘彬 副教授

吴宇恩 教授

刘彬，新加坡南洋理工大学化学与生物医学工程学院副教授。主要研究方向为电催化、光伏和光电化学。

吴宇恩，中国科学技术大学化学系教授。主要研究方向为功能纳米材料的合成、组装、表征及应用探索。

特刊论文精选：

机器学习加速预测单原子催化析氧反应过的电位

析氧反应(OER)是一类能源相关应用的关键反应，但这类反应存在动力学缓慢和过电位较大等不足。为了进一步满足应用需求，亟待开发一类有效的OER电催化剂，如单原子催化剂(SAC)。马里兰大学李腾教授团队在最近的研究中展示了机器学习(ML)如何加速预测所有过渡金属的OER过电位。基于对15种SACs的密度泛函理论(DFT)计算，该团队设计了一个基于拓扑信息的ML模型来映射OER过电位和相应SACs的原子特性。该ML模型不仅具有显著的预测精度（相对误差为6.49%），而且与纯DFT计算相比，预测时间减少了130,000倍。此外，团队还揭示了将SAC的过电位与其原子特性相关联的内在描述相符。该研究的方法和结果可以广泛应用于筛选其他SAC，并显著加快许多其他反应的高性能催化剂的设计。

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贵金属复合纳米多孔萤石结构高熵氧化物的超声介导法合成

高熵氧化物(HEO)是一类新兴的先进陶瓷材料，可以用来稳定超小纳米颗粒催化剂。然而，这类材料的合成目前仍然需要依赖于能够提供无孔结构的高温热处理方法。橡树岭国家实验室Yang Zhenzhen和田纳西大学戴胜合作发文报道了一例在环境条件下通过超声介导共沉淀方法合成的单相萤石结构HEO纳米晶体。在超声暴露的15分钟内，高质量的萤石结构HEO (CeHfZrSnErOx-)生成为具有高表面积和高氧空位浓度的超小尺寸颗粒。利用这些独特的结构特征，Pd以高度分散的Pd纳米团簇的形式被引入并稳定在CeHfZrSnErOx结构中。在高达900°C的热处理下，既没有观察到CeHfZrSnErOx载体的相分离，也没有观察到Pd烧结。所提供的Pd/CeHfZrSnErOx-催化剂对CO氧化表现出良好的催化性能，优于相同Pd负载量的Pd/CeO2，这表明CeHfZrSnErOx作为载体相对于传统氧化物具有明显的优势。

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用于光催化和电催化CO2还原的MOF基单原子催化剂的合成方法

过量的二氧化碳排放导致气候变化，威胁到人类的生存。风电和太阳能都是清洁和可再生的能源，这两种能源驱动的光催化和电催化二氧化碳减排是解决二氧化碳排放的可行方法。单原子催化剂(SAC)因其优异的电催化和光催化性能而被应用于这类反应中。多伦多大学Ji Shufang和清华大学王定胜撰文总结了使用金属有机框架(MOF)作为载体或前体制备SAC的方法，同时展示了其在能量转换方面的具体应用。然而，如何提高催化反应的选择性以产生更高价值的产品是该领域目前依然面临的重要挑战，有待进一步研究。

原标题：《转折点上的单原子催化 | iScience特刊》

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