2024年11月8日，浙江师范大学地理与环境科学学院膜法课题组李必胜副教授在Small期刊上发表了题为“Strategies for Achieving Carbon Neutrality: Dual-Atom Catalysts in Focus (实现碳中和的策略：双原子催化剂成为焦点)”的综述文章。《Small》是WILEY出版社旗下的国际纳米材料领域旗舰期刊，是涵盖材料科学、化学、物理、工程、医学和生物学等领域的纳米和微观学科的顶级多学科期刊之一，目前该刊的影响因子为13.3。研究生刘雨婷为第一作者，李必胜副教授和林红军教授为联合通讯作者。
碳中和是实现人类社会可持续发展的重要战略。将二氧化碳催化还原为高附加值燃料是实现这一战略目标的重要途径。原子分散级催化剂因其原子利用率高、催化选择性强、催化性能优异等，受到了广泛关注。在单原子催化剂（SACs）的基础上发展而来的双原子催化剂（DACs），不仅保留了SACs优异的催化性能，同时还衍生出独特的属性。本综述首先从二氧化碳的吸附与活化两方面解析了CO2还原反应（CO2RR）的机理。此外，本文还全面总结了DACs的合成方法，包括原子层沉积法、湿化学法、前驱体热解法等。接着，本文从吸附-解吸调控、电子结构调整、金属协同效应及空间间距效应等关键方面，系统探讨了DACs相对于SACs性能提升的机制，并明确了其在CO2RR中的独特优势；同时，本论文还详细综述了其在电催化和光催化CO2RR中的应用。最后，本文对DACs在CO2RR领域的发展前景和关键挑战进行了展望。
目前，双原子催化剂主要分为两种类型：同核DACs和异核DACs。同核DACs包含两个相同的金属活性位点，而异核DACs则具有两个不同的金属活性位点，这两类DACs的金属配位构型如图1所示。具体而言，同核DACs的金属原子配位方式有直接金属成键和非金属原子桥接两种形式；而异核DACs的金属原子配位方式则更为复杂，包括直接金属成键、非金属原子桥接以及通过非金属原子配位形成两个相互独立的金属活性位点。DACs独特的配位环境赋予其诸多优势，进而显著提升了其催化性能。
图1. 同核/异核DACs的金属配位构型
（4） 增强的间距效应：当两个相邻金属原子之间的距离足够近时，便有可能诱发间距增强效应的产生。此效应的出现不仅能够实现对反应能垒的有效调控，还可能改变反应中间体的反应路径，进而达到提升反应速率的效果。
图2. 各种常用产物的转化路径。(a) CO；(b) HCOOH；(c)甲烷；(d)合成气.
本文重点介绍了DACs在电催化和光催化CO2RR等方面的应用。详细介绍了不同DACs还原CO2的催化性能和选择性，分析了DACs相较于SACs催化剂性能提升的内在机制。同时，本论文还详细分析了不同体系中CO2还原的产物，以及不同产物生成的内在机制。
【第一作者简介】
刘雨婷：女，湖北黄冈人，导师为林红军教授和李必胜副教授。浙江师范大学地理与环境科学学院2022级环境科学与工程专业研究生。研究方向为新型类芬顿高级氧化技术降解水体中有机污染的性能与机制研究。拥有较高的科研素质，具有一定独立开展科研工作的能力。目前已发表SCI学术论文3篇。
