生物质和废水的利用是绿色化学中不可或缺的一环。通过将这些可再生资源转化为有价值的化学品，我们不仅践行了绿色化学的原则，也为化学工业的可持续发展提供了动力。然而，传统的有机转换方法常因反应条件苛刻和环境污染问题而备受诟病，亟需向更环保的路径转型。在此背景下，电催化技术因其环境友好性、操作简便性和调控性强而受到广泛关注。在电催化反应中，催化剂扮演着至关重要的角色。尽管传统催化剂在某些方面表现出色，但在活性、选择性、稳定性或成本等方面仍存在局限。因此，开发出既高效又稳定的电催化有机转换催化剂，对于推动化学工业的绿色转型具有重大意义。纳米晶和单原子催化剂（SACs）在电催化有机转化领域展现出巨大的应用潜力。纳米晶催化剂凭借其高比表面积和可调控的电子结构，为电催化反应提供了丰富的活性位点。而SACs通过在载体上高度分散金属原子，实现了原子级别的利用效率，显著提升了催化性能。这些催化剂在活性、选择性和稳定性方面的优势，使得它们能够通过精确调控电子结构和配位环境，优化特定反应的催化效果。为了深入理解纳米晶和单原子催化剂在电催化有机转换中的作用机制和应用前景，对其最新的研究进展进行全面总结显得尤为必要。这不仅有助于揭示这些催化剂的内在作用机制，也为设计和优化新型催化剂提供了理论基础和实践指导，进一步推动绿色化学和可持续化学工业的发展。

本研究深入探讨了纳米晶和单原子催化剂在电催化有机转化中的应用，重点分析了它们在生物质（如5-羟甲基糠醛、甘油、葡萄糖、木质素）、废塑料（如聚对苯二甲酸乙二醇酯，PET）和有机废水（含有机氯化物）的催化效果。文章首先介绍了单原子催化剂的制备和表征方法，为理解其催化性能提供了基础。文章接着从阳极氧化和阴极还原的角度，详细阐述了这些有机物在电催化过程中的反应机理。通过系统地分析近年来的研究成果，文章深入探讨了纳米晶和单原子催化剂在电催化转化中的活性、选择性和稳定性。特别地，文章讨论了影响目标产物选择性的多种因素，包括催化剂的结构特性和反应条件。在对现有研究进行全面总结的基础上，文章指出了当前领域内的关键挑战，并对未来的研究方向提出了前瞻性的展望。这些讨论不仅为电催化有机转化领域的研究者提供了宝贵的参考，也为推动相关技术的进一步发展提供了指导。通过这些分析和讨论，本文旨在促进对纳米晶和单原子催化剂在电催化中作用的深入理解，并为未来的研究和应用提供指导。

2016-2024年电化学有机转化中纳米晶或单原子催化的代表性实例

陈文星（Wenxing Chen），北京理工大学长聘副教授，博士生导师，硕士生导师。2011年本科毕业于北京航空航天大学化学学院；2015年博士毕业于中国科学技术大学国家同步辐射实验室，师从国际著名同步辐射X-射线谱学专家、前全国同步辐射专业委员会理事长吴自玉教授；2016年在清华大学化学系进行博士后研究，师从李亚栋院士；2018年受聘于北京理工大学材料学院，并建立课题组，担任独立PI。主要在金属纳米、团簇、单原子催化剂的原子级可控合成、结构表征与催化性能分析方面从事研究工作，并致力于应用X-射线谱学方法从原子分子尺度上对物质的局域结构进行解析，运用基于同步辐射大科学装置平台的原位测试技术对相关反应机理进行探索。相关成果已发表文章250余篇，SCI总引用32000余次，60余篇入选ESI前1%高被引论文，H指数91。其中以通讯作者/第一作者（含共同）身份，分别在Nat. Catal. (1)，Science Advances (1)，Nat. Commun. (5)，J. Am. Chem. Soc. (6)，Angew. Chem. Int. Ed. (5)，Advanced Material (7)，Energy Environ. Sci. (5)等期刊上发表论文90余篇。连续四年（2020-2023）入选科睿唯安全球高被引科学家榜单。2021年入选Elsevier&Stanford公布的“标准化引文指标全科作者数据库”全球10万全科科学家年度影响力名单。入选2021年英国皇家化学会Top 1%高被引中国作者名单。2021年获《麻省理工科技评论》“35岁以下科技创新35人”提名。申请专利四项，授权两项。担任Nano Research和Energy & Environmental Sustainability期刊编委，以及Nano Research Energy、SmartMat和Rare Metals等期刊青年编委。2023年获评Nano Research Energy学术新星和优秀编委。作为客座编辑组织Rare Metals的“Single-Atom Catalysis”专刊和EcoEnergy的“碳材料能源转化与存储”专刊。作为课题负责人主持国家自然科学基金面上项目、青年项目，北京市面上基金项目，企业横向项目，北京理工大学人才引进启动项目和优青培育项目等，担任Angew、Adv. Mater.、Matter、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.、Nano Research等学术期刊独立审稿人。应邀在ACS Energy Lett.、Small、Aggregate、Chem. Commun.等期刊撰写综述文章9篇。受邀参加三十余次国内外重要学术会议并做邀请报告。主讲北京理工大学《催化原理及应用》等课程。

翟华嶂（Huazhang Zhai），北京理工大学材料学院副教授，硕士生导师。研究方向包括功能介电材料、能源催化纳米材料、环境吸附纳米材料等。作为负责人承担国家自然科学基金面上项目和青年项目，发表SCI学术论文30余篇，其中国际知名学术期刊JMC和JMCA封面文章各一篇，出版教材一部。

林杰（Jie Lin），中科院宁波材料技术与工程研究所副教授。2013年毕业于东北师范大学物理学学士学位，2018年获得北京航空航天大学材料物理与化学博士学位。并于2018-2020年加入中国科学院宁波材料技术与工程研究所(NIMTE)任博士后，2020年起任中科院宁波材料技术与工程研究所副教授。发表了39篇论文（Chinese J Anal Chem., Small, Anal. Chem., Adv. Mater.等）和两本书的章节。主要研究方向为利用纳米探针设计和制备高性能半导体SERS生物探针，用于癌症疾病的早期诊断和治疗等。

Deng Z, Guo Y, Sun Z, et al. Electrocatalytic organic transformation reactions in green chemistry: Exploring nanocrystals and single atom catalysts. Nano Research, 2024, https://doi.org/10.1007/s12274-024-6887-8.