大連化物所催化基礎國家重點實驗室鄧德會研究員、包信和院士團隊在二維材料限域單原子催化研究方面的工作受到國際同行的廣泛關注。受邀在ChemicalReviews期刊上并以封面形式發表以“CatalysiswithTwo-DimensionalMaterialsConfiningSingleAtoms:Concept,Design,andApplications”為題的綜述文章。

催化劑的性能與其幾何和電子結構密切相關。二維材料由于獨特的幾何和電子特性不僅可以直接作為催化劑，同時也是一類理想的催化載體；單原子因其配位不飽的狀態，以及易于調變的電子特性近來備受催化研究人員的關注。近年來，該團隊結合二維材料和單原子兩者的優勢，發現二維材料限域的單原子催化劑可以構建新的電子態，限域的單原子可以直接作為活性中心，也可以調變其周圍的配位環境來作為活性中心，該類材料在眾多反應體系尤其是在能源小分子轉化體系中表現出了獨特的催化性能。

文章系統綜述了研究團隊與國際同行近十年來在二維材料限域單原子催化方面的研究進展。重點討論了單原子（金屬或非金屬）限域在二維材料（石墨烯、g-C3N4和硫化鉬等）中所形成的獨特的電子態對催化性能的調變，以及兩者結合在催化中所具有的獨特優勢：1、二維材料限域單原子催化劑獨特的電子特性有利于其本征活性的提高；2、二維材料限域單原子催化劑超薄的結構和高的比表面積有利于暴露配位不飽和的活性中心，增加催化活性位的數量；3、二維平面兩側的開放式結構有利于催化反應物和生成物的傳質，可以提高反應速率；4、二維材料單一明確的長程有序結構有利于構建模型催化劑，從而可以在原子和分子層次理解催化反應，以及厘清其構效關系。

文章還綜述了該類材料在熱、電、光催化中的最新進展，并探討了其未來在催化基礎研究和工業應用中的機遇和挑戰。