Diseño Racional de Electrocatalizadores de Sitio de Átomo Único: Desde Comprensiones Teóricas hasta Aplicaciones Prácticas

Los electrocatalizadores metálicos dispersos a nivel atómico han atraído una atención creciente debido a su casi 100% de utilización atómica y excelente rendimiento catalítico. Sin embargo, la comprensión fundamental actual y los resúmenes que revelan la relación subyacente entre los electrocatalizadores de sitio de átomo único (SAC) y las aplicaciones catalíticas correspondientes rara vez se informan. En este trabajo, se resumen sistemáticamente las comprensiones fundamentales y los mecanismos intrínsecos subyacentes de los SAC y las aplicaciones electrocatalíticas correspondientes. Se presentan diferentes estrategias de preparación para revelar las estrategias sintéticas con la ingeniería de los SAC bien definidos sobre la base de principios teóricos (efecto tamaño, interacciones metal-soporte, efecto de la estructura electrónica y efecto del entorno de coordinación). Luego, se presenta una visión general de las aplicaciones electrocatalíticas, incluyendo la reacción de reducción de oxígeno, la reacción de evolución de hidrógeno, la reacción de evolución de oxígeno, la oxidación de pequeñas moléculas orgánicas, la reacción de reducción de dióxido de carbono y la reacción de reducción de nitrógeno. También se discute en profundidad la relación estructura-rendimiento subyacente entre los SAC y las reacciones electrocatalíticas para exponer los mecanismos de mejora. Finalmente, se proporciona un resumen y una perspectiva para demostrar los desafíos y oportunidades actuales para el diseño racional, la síntesis y la modulación de los SAC avanzados hacia reacciones electrocatalíticas.