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Rare-Earth Single-Atom Catalysts: A New Frontier in Photo/Electrocatalysis
Small Methods ( IF 10.7 ) Pub Date : 2022-06-25 , DOI: 10.1002/smtd.202200413 Xuan Wang 1 , Yu Zhu 1 , Hao Li 2 , Jong-Min Lee 3 , Yawen Tang 1 , Gengtao Fu 1
Small Methods ( IF 10.7 ) Pub Date : 2022-06-25 , DOI: 10.1002/smtd.202200413 Xuan Wang 1 , Yu Zhu 1 , Hao Li 2 , Jong-Min Lee 3 , Yawen Tang 1 , Gengtao Fu 1
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Single-atom catalysts (SACs) provide well-defined active sites with 100% atom utilization, and can be prepared using a wide range of support materials. Therefore, they are attracting global attention, especially in the fields of energy conversion and storage. To date, research has focused on transition-metal and precious-metal-based SACs. More recently, rare-earth (RE)-based SACs have emerged as a new frontier in photo/electrocatalysis owing to their unique electronic structure arising from the spin-orbit coupling of the 4f and valence orbitals, unsaturated coordination environment, and unique behavior as charge-transport bridges. However, a systematic review on the role of the RE active sites, catalytic mechanisms, and synthetic methods for RE SACs is lacking. Therefore, in this review, the latest developments in RE SACs having applications in photo/electrocatalysis are summarized and discussed. First, the theoretical advantages of RE SACs for photo/electrocatalysis are briefly introduced, focusing on the roles of the 4f orbitals and coupled energy levels. In addition, the most recent research progress on RE SACs is summarized for several important photo/electrocatalytic reactions and the corresponding catalytic mechanisms are discussed. Further, the synthetic strategies for the production of RE SACs are reported. Finally, challenges for the development of RE SACs are highlighted, along with future research directions and perspectives.
中文翻译：
稀土单原子催化剂：光/电催化的新前沿
单原子催化剂 (SAC) 提供明确的活性位点和 100% 的原子利用率，并且可以使用多种载体材料制备。因此，它们引起了全球的关注，特别是在能源转换和存储领域。迄今为止，研究主要集中在过渡金属和贵金属基 SAC。最近，基于稀土 (RE) 的 SAC 已成为光/电催化的新前沿，因为其独特的电子结构源于 4f 和价轨道的自旋轨道耦合、不饱和配位环境和独特的行为：电荷传输桥。然而，缺乏关于 RE 活性位点的作用、催化机制和 RE SAC 合成方法的系统评价。因此，在本次审查中，总结和讨论了可用于光/电催化的 RE SACs 的最新进展。首先，简要介绍了 RE SACs 用于光/电催化的理论优势，重点介绍了 4f 轨道和耦合能级的作用。此外，针对几个重要的光/电催化反应，总结了 RE SACs 的最新研究进展，并讨论了相应的催化机制。此外，报告了生产 RE SAC 的合成策略。最后，强调了 RE SAC 发展面临的挑战，以及未来的研究方向和前景。重点关注 4f 轨道和耦合能级的作用。此外，针对几个重要的光/电催化反应，总结了 RE SACs 的最新研究进展，并讨论了相应的催化机制。此外，报告了生产 RE SAC 的合成策略。最后，强调了 RE SAC 发展面临的挑战，以及未来的研究方向和前景。重点关注 4f 轨道和耦合能级的作用。此外，针对几个重要的光/电催化反应，总结了 RE SACs 的最新研究进展，并讨论了相应的催化机制。此外，报告了生产 RE SAC 的合成策略。最后，强调了 RE SAC 发展面临的挑战，以及未来的研究方向和前景。
更新日期：2022-06-25
中文翻译：
稀土单原子催化剂：光/电催化的新前沿
单原子催化剂 (SAC) 提供明确的活性位点和 100% 的原子利用率，并且可以使用多种载体材料制备。因此，它们引起了全球的关注，特别是在能源转换和存储领域。迄今为止，研究主要集中在过渡金属和贵金属基 SAC。最近，基于稀土 (RE) 的 SAC 已成为光/电催化的新前沿，因为其独特的电子结构源于 4f 和价轨道的自旋轨道耦合、不饱和配位环境和独特的行为：电荷传输桥。然而，缺乏关于 RE 活性位点的作用、催化机制和 RE SAC 合成方法的系统评价。因此，在本次审查中，总结和讨论了可用于光/电催化的 RE SACs 的最新进展。首先，简要介绍了 RE SACs 用于光/电催化的理论优势，重点介绍了 4f 轨道和耦合能级的作用。此外，针对几个重要的光/电催化反应，总结了 RE SACs 的最新研究进展，并讨论了相应的催化机制。此外，报告了生产 RE SAC 的合成策略。最后，强调了 RE SAC 发展面临的挑战，以及未来的研究方向和前景。重点关注 4f 轨道和耦合能级的作用。此外，针对几个重要的光/电催化反应，总结了 RE SACs 的最新研究进展，并讨论了相应的催化机制。此外，报告了生产 RE SAC 的合成策略。最后，强调了 RE SAC 发展面临的挑战，以及未来的研究方向和前景。重点关注 4f 轨道和耦合能级的作用。此外，针对几个重要的光/电催化反应，总结了 RE SACs 的最新研究进展，并讨论了相应的催化机制。此外，报告了生产 RE SAC 的合成策略。最后，强调了 RE SAC 发展面临的挑战，以及未来的研究方向和前景。
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