單原子催化劑（SACs）是一類將單個(gè)金屬原子錨定在載體上的材料，由于其有最大限度的原子利用率，在多相催化反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。金屬有機(jī)框架（MOFs）作為一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)催化和能源存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)化技術(shù)領(lǐng)域的材料，不僅具有功能性配體，還具有孔徑可調(diào)性和高孔隙率等優(yōu)良特性，經(jīng)高溫?zé)峤夂螅?font face="Times New Roman">MOFs上負(fù)載的活性金屬物種可被縮小到單原子（SAs）尺度以最大化金屬利用率。由MOFs衍生的SACs在彌合均相和非均相催化劑之間的差異具有巨大優(yōu)勢(shì)。

圖1 MOFs衍生的SACs的優(yōu)勢(shì)　　

　　科研人員通過(guò)對(duì)單原子周圍的不飽和配位、尺寸效應(yīng)以及局域電子密度的精準(zhǔn)調(diào)控來(lái)設(shè)計(jì)單原子催化劑，但缺少以MOFs衍生物為載體的相關(guān)SACs綜述作為指導(dǎo)。中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所工業(yè)催化課題組近年來(lái)圍繞MOFs衍生的金屬氧化物催化劑和單原子催化劑開(kāi)展了大量研究工作，相關(guān)論文發(fā)表在Chemical Engineering Journal（405, 2021, 126948；435, 2022, 134953)、Journal of Catalysis（412, 2022, 42-58）、Science of The Total Environment （860, 2023, 160472）等期刊上。

　　近日，該團(tuán)隊(duì)以“Recent advances and future perspectives in MOF-derived single atom catalysts and their application: A review”為題在Journal of Materials Chemistry A（11, 2023, 3315-3363.）發(fā)表了MOFs衍生的單原子催化劑及其應(yīng)用綜述。介紹了基于不同MOFs載體衍生后的金屬氧化物材料能提供不同的配位環(huán)境，從而有效對(duì)金屬離子進(jìn)行錨定；闡述了不同MOF衍生的SACs會(huì)產(chǎn)生不同的活性位點(diǎn)，從而影響催化劑的性能以及催化作用機(jī)理；綜述了近幾年其在電催化、光催化以及熱催化等方面的應(yīng)用。

　　文章從不同MOFs衍生的SACs、MOsF衍生的SACs活性位點(diǎn)以及在催化領(lǐng)域的應(yīng)用等三部分進(jìn)行了詳細(xì)論述。詳細(xì)總結(jié)了近些年基于不同MOFs基底提出的各種制備SACs的策略，深入探究了MOFs前驅(qū)體為單原子金屬離子提供的配位環(huán)境。介紹了通過(guò)改變金屬活性中心類別、配體種類、溶劑種類、載體形貌或摻入雜原子（O、S、P）等方法來(lái)提高MOFs衍生材料錨定金屬單原子能力，精準(zhǔn)構(gòu)建對(duì)稱結(jié)構(gòu)（M-N4）和非對(duì)稱結(jié)構(gòu)（M-Nx），甚至是雙金屬（M1-M2）等活性位點(diǎn)等工作。詳細(xì)敘述了MOFs衍生SACs在電催化、光催化、熱催化領(lǐng)域的應(yīng)用。MOFs衍生的SACs在電催化領(lǐng)域已有了較為成熟的發(fā)展，而在光、熱催化領(lǐng)域還具有很大探索空間和應(yīng)用前景。

圖2 MOFs衍生的SACs在MOF基底、活性位點(diǎn)以及應(yīng)用領(lǐng)域的相關(guān)進(jìn)展　

　　MOFs結(jié)構(gòu)的多樣性使得MOFs衍生的SACs研究領(lǐng)域更加廣泛，研究人員致力于研究結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系，從而促進(jìn)對(duì)多相催化的理解，設(shè)計(jì)和制備出適合大規(guī)模生產(chǎn)的更加高效的催化材料。

　　蘭州化物所馬思怡博士研究生為論文第一作者，唐志誠(chéng)研究員、董芳副研究員為通訊作者。

　　以上工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、中科院潔凈能源創(chuàng)新研究院合作基金、蘭州市人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的支持。