能源和环境一直是人类生活和社会发展的两个基本要素。化石燃料的持续消耗导致大量温室气体(特别是二氧化碳)释放到大气中，二氧化碳增加引发了温室效应。发展可再生能源已被证明是解决当前能源和环境危机的有效途径。遗憾的是，大多数可再生能源受到时间和空间的限制，其能量密度通常不够高，无法持续供应。如果将可再生能源首先通过不同的能源转化技术，如光伏转换、光催化、电催化、热催化等，转化储存到一系列低碳甚至零碳的能源载体上，可以有效克服时空限制。单原子催化剂(SACs)通过高效地利用金属，在催化反应中表现出优异的反应活性和选择性，使其成为各种能源转化应用的良好选择。由于金属单原子与载体之间的密切关系，载体表面工程对SACs的反应性和稳定性至关重要。然而，目前尚缺乏对单原子材料的载体表面工程策略在能源转化领域的系统总结和深入理解。

据此，我校材料科学与工程学院博士生余俞堂在黄洪伟教授的指导下，综述了该领域的相关研究，系统地总结了各种单原子载体的表面工程策略和优势，以及表面工程的SACs在光催化、电催化、热催化和一些能源转化器件等应用进行了全面的总结和讨论：

1. 对各种单原子催化剂的表面工程策略进行总结，包括表面位点工程（原子掺杂、空位设计、表面官能团修饰、配位结构设计）和表面结构工程（调控尺寸形貌、助催化剂负载、晶面调控、结晶度调控）。

2. 对各种表面工程修饰单原子材料的优势进行了总结，对这些材料在光催化、电催化、热催化和能源转化器件的应用进行了讨论。

3. 对表面工程修饰的单原子催化剂在能源转化领域的前景进行了总结和展望。

本文系统地综述了单原子体系表面工程策略在能源转化领域的应用研究进展，有望促进能源多领域研究中先进纳米功能材料的合理设计和开发。

图1 SACs的表面工程分类示意图

图2 SACs表面工程策略在不同能源转化领域应用

图3 表面工程SACs的光催化性能

图4 用于能源转化的表面工程SACs的主要挑战和未来方向

上述研究成果发表于材料领域国际权威期刊《Advanced Materials》上：Yutang Yu, Zijian Zhu, and Hongwei Huang*. Surface Engineered Single-atom Systems for Energy Conversion. Adv. Mater. 2024, 2311148. [IF2023=27.4]

全文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202311148