Techno-economic Analysis and Industrial Application Prospects of Single-atom Materials in CO2 Catalysis

doi:10.7503/cjcu20220347

Abstract

Abstract:

In recent years， with the intensive scientific research， single-atom catalysts（SACs） have been widely explored and utilized due to their outstanding features such as high activity and high selectivity. As a bridge connec?ting heterogeneous and homogeneous catalysis， study of SACs has become one of the most important courses in the catalytic field and has broad industrial application prospects. This paper firstly gives a brief overview of the development history， characteristics and applications of SACs， and then summarizes the current techno-economic analysis in the field of CO₂ reduction and presents the first techno-economic calculations for single-atom materials. Finally， the future industrial applications of SACs in CO₂ reduction and the key scientific and technical issues to be solved are also discussed.

Key words: Single-atom, Catalysis, CO₂ Reduction, Techno-economic analysis, Industrial application

CLC Number:

O643

TrendMD:

WANG Xintian, LI Pan, CAO Yue, HONG Wenhao, GENG Zhongxuan, AN Zhiyang, WANG Haoyu, WANG Hua, SUN Bin, ZHU Wenlei, ZHOU Yang. Techno-economic Analysis and Industrial Application Prospects of Single-atom Materials in CO₂ Catalysis[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(9): 20220347.

Figures/Tables 7

References 155

6	Zhang T.， Acta Phys. Chim. Sin.， 2016， 32（7）， 1551—1552
7	Qiao B. T.， Wang A. Q.， Yang X. F.， Allard L. F.， Jiang Z.， Cui Y. T.， Liu J. Y.， Li J.， Zhang T.， Nat. Chem.， 2011， 3（8）， 634—641
8	Taylor H. S.， Armstrong E. F.， Proc. R. Soc. Lond. A， 1925， 108（745）， 105—111
9	Rooney J. J.， Webb G.， J. Catal.， 1964， 3（6）， 488—501
10	Asakura K.， Nagahiro H.， Ichikuni N.， Iwasawa Y.， Appl. Catal. A， 1999， 188（1/2）， 313—324
11	Fu Q.， Saltsburg H.， Flytzani⁃Stephanopoulos M.， Science， 2003， 301（5635）， 935—938
12	Zhang X.， Shi H.， Xu B. Q.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2005， 44（43）， 7132—7135
13	Hackett S. E. J.， Brydson R. M.， Gass M. H.， Harvey I.， Newman A. D.， Wilson K.， Lee A. F.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2007， 46（45）， 8593—8596
14	Huang Z. W.， Synthesis， Structure and Catalytic Performance of Single⁃atom Silver Catalysts in the Complete Oxidation of Formaldehyde， Fudan University， Shanghai， 2014
	黄志伟. 单原子银催化剂的合成、结构和甲醛的氧化性能，上海：复旦大学， 2014
15	Zhang N.， Li L.， Huang X.， Zhang G.， He H.， J. Chin. Soc. of Rare Earths， 2018， 36（5）， 513—532
16	Song G. Q.， Wang Z. Q.， Wang L.， Li G. R.， Huang M. J.， Yin F. X.， Chin. J. Catal.， 2014， 35（2）， 185—195
17	Nie L.， Mei D.， Xiong H.， Peng B.， Ren Z.， Hernandez X. I. P.， DeLariva A.， Wang M.， Engelhard M. H.， Kovarik L.， Datye A. K.， Wang Y.， Science， 2017， 358（6369）， 1419—1423
18	Lang R.， Xi W.， Liu J. C.， Cui Y. T.， Li T.， Lee A. F.， Chen F.， Chen Y.， Li L.， Li L.， Lin J.， Miao S.， Liu X.， Wang A. Q.， Wang X.， Luo J.， Qiao B.， Li J.， Zhang T.， Nat. Commun.， 2019， 10（1）， 234
19	Gu J.， Jian M.， Huang L.， Sun Z.， Li A.， Pan Y.， Yang J.， Wen W.， Zhou W.， Lin Y.， Wang H. J.， Liu X.， Wang L.， Shi X.， Huang X.， Cao L.， Chen S.， Zheng X.， Pan H.， Zhu J.， Wei S. Q.， Li W. X.， Lu J.， Nat. Nanotechnol.， 2021， 16（10）， 1141—1149
20	Zhang H.， Lu X. F.， Wu Z.-P.， Lou X. W. D.， ACS Cent. Sci.， 2020， 6（8）， 1288—1301
21	Cai Y.， Fu J.， Zhou Y.， Chang Y. C.， Min Q.， Zhu J. J.， Lin Y.， Zhu W.， Nat. Commun.， 2021， 12（1）， 586
22	Liu J.， Cai Y.， Song R.， Ding S.， Lyu Z.， Chang Y. C.， Tian H.， Zhang X.， Du D.， Zhu W.， Zhou Y.， Lin Y.， Mater. Today， 2021， 48， 95—114
23	Ji S.， Chen Y.， Wang X.， Zhang Z.， Wang D.， Li Y.， Chem. Rev.， 2020， 120（21）， 11900—11955
24	Wang D. S.， Zhuang J. H.， Chem. J. Chinese Universities， 2022， 43（5）， 20220043
	王定胜，庄嘉豪. 高等学校化学学报， 2022， 43（5）， 20220043
25	Flytzani⁃Stephanopoulos M.， Gates B. C.， Annu. Rev. Chem. Biomol. Eng.， 2012， 3， 545—574
26	Shi Y.， Zhao C.， Wei H.， Guo J.， Liang S.， Wang A.， Zhang T.， Liu J.， Ma T.， Adv. Mater.， 2014， 26（48）， 8147—8153
27	Liu J.， ACS Catal.， 2017， 7（1）， 34-59
28	Zhang W.， Zheng W.， Adv. Funct. Mater.， 2016， 26（18）， 2988—2993
29	Li X.， Rong H.， Zhang J.， Wang D.， Li Y.， Nano Res.， 2020， 13（7）， 1842—1855
30	Zhu C.， Fu S.， Shi Q.， Du D.， Lin Y.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2017， 56（45）， 13944—13960
31	Mitchell S.， Vorobyeva E.， Pérez⁃Ramírez J.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2018， 57（47）， 1531615329
32	Peng Y.， Lu B.， Chen S.， Adv. Mater.， 2018， 30（48）， 1801995
33	Wang A.， Li J.， Zhang T.， Nat. Rev. Chem.， 2018， 2（6）， 65—81
34	Gong L.， Zhang D.， Lin C. Y.， Zhu Y.， Shen Y.， Zhang J.， Han X.， Zhang L.， Xia Z.， Adv. Energy Mater.， 2019， 9（44）， 1902625
35	Ding S.， Lyu Z.， Fang L.， Li T.， Zhu W.， Li S.， Li X.， Li J. C.， Du D.， Lin Y.， Small， 2021， 17（25）， 2100664
36	Li J. C.， Meng Y.， Zhang L.， Li G.， Shi Z.， Hou P. X.， Liu C.， Cheng H. M.， Shao M.， Adv. Funct. Mater.， 2021， 31（42）， 2103360
37	Wang Y.， Zheng X.， Wang D.， Nano Res.， 2022， 15（3）， 1730—1752
38	Guo X.， Fang G.， Li G.， Ma H.， Fan H.， Yu L.， Ma C.， Wu X.， Deng D.， Wei M.， Tan D.， Si R.， Zhang S.， Li J.， Sun L.， Tang Z.， Pan X.， Bao X.， Science， 2014， 344（6184）， 616—619
39	Serna P.， Gates B. C.， Acc. Chem. Res.， 2014， 47（8）， 2612—2620
40	Yang S.， Kim J.， Tak Y. J.， Soon A.， Lee H.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2016， 55（6）， 2058—2062
41	Yang D.， Gates B. C.， Nat. Mater.， 2017， 16（7）， 703—704
42	Li Z.， Wang D.， Wu Y.， Li Y.， Natl. Sci. Rev.， 2018， 5（5）， 673—689
43	Wang J.， Li Z.， Wu Y.， Li Y.， Adv. Mater.， 2018， 30（48）， 1801649
44	Wang Y.， Hu F. L.， Mi Y.， Yan C.， Zhao S.， Chem. Eng. J.， 2021， 406， 127135
45	Liu P.， Chen J.， Zheng N.， Chin. J. Catal.， 2017， 38（9）， 1574—1580
46	Yin P.， Yao T.， Wu Y.， Zheng L.， Lin Y.， Liu W.， Ju H.， Zhu J.， Hong X.， Deng Z.， Zhou G.， Wei S.， Li Y.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2016， 55（36）， 10800—10805
47	Wu Y.， Wang D.， Li Y.， Sci. China Mater.， 2016， 59（11）， 938—996
48	Ju W.， Bagger A.， Hao G. P.， Sofia Varela A.， Sinev I.， Bon V.， Roldan Cuenya B.， Kaskel S.， Rossmeisl J.， Strasser P.， Nat. Commun.， 2017， 8（1）， 944
49	Jones J.， Xiong H.， DeLaRiva A. T.， Peterson E. J.， Hien P.， Challa S. R.， Qi G.， Oh S.， Wiebenga M. H.， Hernandez X. I. P.， Wang Y.， Datye A. K.， Science， 2016， 353（6295）， 150—154
50	Zhang Z.， Feng C.， Liu C.， Zuo M.， Qin L.， Yan X.， Xing Y.， Li H.， Si R.， Zhou S.， Zeng J.， Nat. Commun.， 2020， 11（1）， 1215
51	Han A.， Wang B.， Kumar A.， Qin Y.， Jin J.， Wang X.， Yang C.， Dong B.， Jia Y.， Liu J.， Sun X.， Small Methods， 2019， 3（9）， 1800471
52	Chen Y.， Ji S.， Chen C.， Peng Q.， Wang D.， Li Y.， Joule， 2018， 2（7）， 1242—1264
53	Zhao C.， Dai X.， Yao T.， Chen W.， Wang X.， Wang J.， Yang J.， Wei S.， Wu Y.， Li Y.， J. Am. Chem. Soc.， 2017， 139（24）， 8078—8081
54	Huan T. N.， Ranjbar N.， Rousse G.， Sougrati M.， Zitolo A.， Mougel V.， Jaouen F.， Fontecave M.， ACS Catal.， 2017， 7（3）， 1520—1525
55	Gu J.， Hsu C. S.， Bai L.， Chen H. M.， Hu X.， Science， 2019， 364（6445）， 1091—1094
56	Pan F.， Zhang H.， Liu K.， Cullen D.， More K.， Wang M.， Feng Z.， Wang G.， Wu G.， Li Y.， ACS Catal.， 2018， 8（4）， 3116—3122
57	Liu C.， Wu Y.， Sun K.， Fang J.， Huang A.， Pan Y.， Cheong W. C.， Zhuang Z.， Zhuang Z.， Yuan Q.， Xin H. L.， Zhang C.， Zhang J.， Xiao H.， Chen C.， Li Y.， Chem， 2021， 7（5）， 1297—1307
58	Wang C.， Ren H.， Wang Z.， Guan Q.， Liu Y.， Li W.， Appl. Catal. B， 2022， 304， 120958
59	Wang C.， Liu Y.， Ren H.， Guan Q.， Chou S.， Li W.， ACS Catal.， 2022， 12（4）， 2513—2521
60	Lin L.， Li H.， Wang Y.， Li H.， Wei P.， Nan B.， Si R.， Wang G.， Bao X.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2021， 60（51）， 26582—26586
61	Li X.， Bi W.， Chen M.， Sun Y.， Ju H.， Yan W.， Zhu J.， Wu X.， Chu W.， Wu C.， Xie Y.， J. Am. Chem. Soc.， 2017， 139（42）， 14889—14892
62	Li Y.， Zhang S. L.， Cheng W.， Chen Y.， Luan D.， Gao S.， Lou X. W.， Adv. Mater.， 2022， 34（1）， 2105204
63	Liu S.， Yang H. B.， Hung S. F.， Ding J.， Cai W.， Liu L.， Gao J.， Li X.， Ren X.， Kuang Z.， Huang Y.， Zhang T.， Liu B.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2020， 59（2）， 798—803
64	Yang H. B.， Hung S. F.， Liu S.， Yuan K.， Miao S.， Zhang L.， Huang X.， Wang H. Y.， Cai W.， Chen R.， Gao J.， Yang X.， Chen W.， Huang Y.， Chen H. M.， Li C. M.， Zhang T.， Liu B.， Nat. Energy， 2018， 3（2）， 140—147
65	Li S.， Zhao S.， Lu X.， Ceccato M.， Hu X. M.， Roldan A.， Catalano J.， Liu M.， Skrydstrup T.， Daasbjerg K.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2021， 60（42）， 22826—22832
66	Han L.， Song S.， Liu M.， Yao S.， Liang Z.， Cheng H.， Ren Z.， Liu W.， Lin R.， Qi G.， Liu X.， Wu Q.， Luo J.， Xin H. L.， J. Am. Chem. Soc.， 2020， 142（29）， 12563—12567
1	Liang Q.， Li Z.， Bai Y.， Huang Z. H.， Kang F.， Yang Q. H.， Sci. China Mater.， 2017， 60（2）， 109—118
2	Xiao Y.， Tian C.， Tian M.， Wu A.， Yan H.， Chen C.， Wang L.， Jiao Y.， Fu H.， Sci. China Mater.， 2018， 61（1）， 80—90
3	Xuan C.， Zhao F.， Xiao L.， Hao G.， Jiang W.， J. Solid Rocket Techno.， 2018， 41（3）， 343—349
67	Zhao K.， Nie X.， Wang H.， Chen S.， Quan X.， Yu H.， Choi W.， Zhang G.， Kim B.， Chen J. G.， Nat. Commun.， 2020， 11（1）， 2455
68	Xu H.， Rebollar D.， He H.， Chong L.， Liu Y.， Liu C.， Sun C. J.， Li T.， Muntean J. V.， Winans R. E.， Liu D. J.， Xu T.， Nat. Energy， 2020， 5（8）， 623—632
69	Karapinar D.， Huan N. T.， Ranjbar Sahraie N.， Li J.， Wakerley D.， Touati N.， Zanna S.， Taverna D.， Galvão Tizei L. H.， Zitolo A.， Jaouen F.， Mougel V.， Fontecave M.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2019， 58（42）， 15098—15103
70	Bok J.， Lee S. Y.， Lee B. H.， Kim C.， Nguyen D. L. T.， Kim J. W.， Jung E.， Lee C. W.， Jung Y.， Lee H. S.， Kim J.， Lee K.， Ko W.， Kim Y. S.， Cho S. P.， Yoo J. S.， Hyeon T.， Hwang Y. J.， J. Am. Chem. Soc.， 2021， 143（14）， 5386—5395
71	Zhang N.， Zhang X.， Tao L.， Jiang P.， Ye C.， Lin R.， Huang Z.， Li A.， Pang D.， Yan H.， Wang Y.， Xu P.， An S.， Zhang Q.， Liu L.， Du S.， Han X.， Wang D.， Li Y.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2021， 60（11）， 6170—6176
72	Shang H.， Wang T.， Pei J.， Jiang Z.， Zhou D.， Wang Y.， Li H.， Dong J.， Zhuang Z.， Chen W.， Wang D.， Zhang J.， Li Y.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2020， 59（50）， 22465—22469
73	Zu X.， Li X.， Liu W.， Sun Y.， Xu J.， Yao T.， Yan W.， Gao S.， Wang C.， Wei S.， Xie Y.， Adv. Mater.， 2019， 31（15）， 1808135
74	Zhang E.， Wang T.， Yu K.， Liu J.， Chen W.， Li A.， Rong H.， Lin R.， Ji S.， Zheng X.， Wang Y.， Zheng L.， Chen C.， Wang D.， Zhang J.， Li Y.， J. Am. Chem. Soc.， 2019， 141（42）， 16569—16573
75	Han B. X.， Jin X. Y.， Sun X. F.， Zhang L. B.， Chem. J. Chinese Universities， 2022， 43（5）， 20220035
	韩布兴，金湘元，孙晓甫，张礼兵. 高等学校化学学报， 2022， 43（5）， 20220035
76	Gao G.， Jiao Y.， Waclawik E. R.， Du A.， J. Am. Chem. Soc.， 2016， 138（19）， 6292—6297
77	He B. C.， Zhang C.， Luo P. P.， Li Y.， Lu T. B.， Green Chem.， 2020， 22（21）， 7552—7559
78	Zhang R.， Li P.， Wang F.， Ye L.， Gaur A.， Huang Z.， Zhao Z.， Bai Y.， Zhou Y.， Appl. Catal. B， 2019， 250， 273—279
79	Cheng L.， Yin H.， Cai C.， Fan J.， Xiang Q.， Small， 2020， 16（28）， 2002411
80	Ma M.， Huang Z.， Doronkin D. E.， Fa W.， Rao Z.， Zou Y.， Wang R.， Zhong Y.， Cao Y.， Zhang R.， Zhou Y.， Appl. Catal. B， 2022， 300， 120695
4	Zhang B.， Fan T.， Xie N.， Nie G.， Zhang H.， Adv. Sci.， 2019， 6（21）， 1901787
5	Chen B.， Meinertzhagen I. A.， Shaw S. R.， J. Comp. Physiol. A， 1999， 185（5）， 393—404
81	Zhang H.， Wang Y.， Zuo S.， Zhou W.， Zhang J.， Lou X. W. D.， J. Am. Chem. Soc.， 2021， 143（5）， 2173—2177
82	Ding J.， Liu X.， Shi M.， Li T.， Xia M.， Du X.， Shang R.， Gu H.， Zhong Q.， Sol. Energy Mater. Sol. Cells， 2019， 195， 34—42
83	Yu Y.， Dong X. A.， Chen P.， Geng Q.， Wang H.， Li J.， Zhou Y.， Dong F.， ACS Nano， 2021， 15（9）， 14453—14464
84	Zhang H.， Wei J.， Dong J.， Liu G.， Shi L.， An P.， Zhao G.， Kong J.， Wang X.， Meng X.， Zhang J.， Ye J.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2016， 55（46）， 14310—14314
85	Li J.， Huang H.， Xue W.， Sun K.， Song X.， Wu C.， Nie L.， Li Y.， Liu C.， Pan Y.， Jiang H. L.， Mei D.， Zhong C.， Nat. Catal.， 2021， 4（8）， 719—729
86	Lei Y. P.， Ou H. H.， Tao Y.， Xiong Y.， Chem. J. Chinese Universities， 2022， 43（5）， 20220143
	雷永鹏，欧鸿辉，陶雨，熊禹. 高等学校化学学报， 2022， 43（5）， 20220143
87	Pan Y.， Lin R.， Chen Y.， Liu S.， Zhu W.， Cao X.， Chen W.， Wu K.， Cheong W. C.， Wang Y.， Zheng L.， Luo J.， Lin Y.， Liu Y.， Liu C.， Li J.， Lu Q.， Chen X.， Wang D.， Peng Q.， Chen C.， Li Y.， J. Am. Chem. Soc.， 2018， 140（12）， 4218—4221
88	Yang L.， Zeng X.， Wang W.， Cao D.， Adv. Funct. Mater.， 2018， 28（7）， 1704537
89	Fu S.， Zhu C.， Song J.， Du D.， Lin Y.， Adv. Energy Mater.， 2017， 7（19）， 1700363
90	Sun Y.， Xu S.， Ortíz⁃Ledón C. A.， Zhu J.， Chen S.， Duan J.， Exploration， 2021， 1（2）， 20210021
91	Song Y.， Ji K.， Duan H.， Shao M.， Exploration， 2021， 1（3）， 20210050
92	Sun Y.， Silvioli L.， Sahraie N. R.， Ju W.， Li J.， Zitolo A.， Li S.， Bagger A.， Arnarson L.， Wang X.， Moeller T.， Bernsmeier D.， Rossmeisl J.， Jaouen F.， Strasser P.， J. Am. Chem. Soc.， 2019， 141（31）， 12372—12381
93	Peng H.， Liu F.， Liu X.， Liao S.， You C.， Tian X.， Nan H.， Luo F.， Song H.， Fu Z.， Huang P.， ACS Catal.， 2014， 4（10）， 3797—3805
94	Liang H. W.， Wei W.， Wu Z. S.， Feng X.， Müllen K.， J. Am. Chem. Soc.， 2013， 135（43）， 16002—16005
95	Li J.， Chen M.， Cullen D. A.， Hwang S.， Wang M.， Li B.， Liu K.， Karakalos S.， Lucero M.， Zhang H.， Lei C.， Xu H.， Sterbinsky G. E.， Feng Z.， Su D.， More K. L.， Wang G.， Wang Z.， Wu G.， Nat. Catal.， 2018， 1（12）， 935—945
96	Luo E.， Zhang H.， Wang X.， Gao L.， Gong L.， Zhao T.， Jin Z.， Ge J.， Jiang Z.， Liu C.， Xing W.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2019， 58（36）， 12469—12475
97	Xiao M.， Zhu J.， Li G.， Li N.， Li S.， Cano Z. P.， Ma L.， Cui P.， Xu P.， Jiang G.， Jin H.， Wang S.， Wu T.， Lu J.， Yu A.， Su D.， Chen Z.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2019， 58（28）， 9640—9645
98	Wang T.， Cao X.， Qin H.， Shang L.， Zheng S.， Fang F.， Jiao L.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2021， 60（39）， 21237—21241
99	Luo F.， Roy A.， Silvioli L.， Cullen D. A.， Zitolo A.， Sougrati M. T.， Oguz I. C.， Mineva T.， Teschner D.， Wagner S.， Wen J.， Dionigi F.， Kramm U. I.， Rossmeisl J.， Jaouen F.， Strasser P.， Nat. Mater.， 2020， 19（11）， 1215—1223
100	Mu S. C.， Xia H. C.， Xu S. R.， Xue D. P.， Yan W. F.， Yin H. B.， Zhang J. N.， Zhao S. Y.， Chem. J. Chinese Universities， 2022， 43（5）， 20220028
	木士春，夏会聪，徐斯然，薛冬萍，闫文付，阴恒铂，张佳楠，赵舒琰. 高等学校化学学报， 2022， 43（5）， 20220028
101	Gu Y.， Li J. X.， Xi B. J.， Xiong S. L.， Chem. J. Chinese Universities， 2022， 43（5）， 20220036
	谷雨，李江潇，奚宝娟，熊胜林. 高等学校化学学报， 2022， 43（5）， 20220036
102	Ding S.， Lyu Z.， Zhong H.， Liu D.， Sarnello E.， Fang L.， Xu M.， Engelhard M. H.， Tian H.， Li T.， Pan X.， Beckman S. P.， Feng S.， Du D.， Li J. C.， Shao M.， Lin Y.， Small， 2021， 17（16）， 2004454
103	Li J. C.， Xiao F.， Zhong H.， Li T.， Xu M.， Ma L.， Cheng M.， Liu D.， Feng S.， Shi Q.， Cheng H. M.， Liu C.， Du D.， Beckman S. P.， Pan X.， Lin Y.， Shao M.， ACS Catal.， 2019， 9（7）， 5929—5934
104	Zhao L.， Zhang Y.， Huang L. B.， Liu X. Z.， Zhang Q. H.， He C.， Wu Z. Y.， Zhang L. J.， Wu J.， Yang W.， Gu L.， Hu J. S.， Wan L. J.， Nat. Commun.， 2019， 10（1）， 1278
105	Li H.， Jia X.， Zhang Q.， Wang X.， Chem， 2018， 4（7）， 1510—1537
106	Zhang L.， Han L.， Liu H.， Liu X.， Luo J.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2017， 56（44）， 13694—13698
107	Fei H.， Dong J.， Arellano⁃Jiménez M. J.， Ye G.， Dong Kim N.， Samuel E. L. G.， Peng Z.， Zhu Z.， Qin F.， Bao J.， Yacaman M. J.， Ajayan P. M.， Chen D.， Tour J. M.， Nat. Commun.， 2015， 6（1）， 8668
108	Jiang B.， Sun X.， Yin X. J.， Zhang N. Q.， Zhao C. Y.， Zhao C. H.， Chem. J. Chinese Universities， 2022， 43（5）， 20220076
	姜波，孙逊，尹肖菊，张乃庆，赵晨阳，赵程浩. 高等学校化学学报， 2022， 43（5）， 20220076
109	Du Z.， Chen X.， Hu W.， Chuang C.， Xie S.， Hu A.， Yan W.， Kong X.， Wu X.， Ji H.， Wan L. J.， J. Am. Chem. Soc.， 2019， 141（9）， 3977—3985
110	Liu Z.， Deng Z.， He G.， Wang H.， Zhang X.， Lin J.， Qi Y.， Liang X.， Nat. Rev. Earth Environ.， 2022， 3（2）， 141—155
111	Shi X.， Zheng Y.， Lei Y.， Xue W.， Yan G.， Liu X.， Cai B.， Tong D.， Wang J.， Sci. Total Environ.， 2021， 795， 148784
112	Salvia M.， Reckien D.， Pietrapertosa F.， Eckersley P.， Spyridaki N. A.， Krook⁃Riekkola A.， Olazabal M.， De Gregorio Hurtado S.， Simoes S. G.， Geneletti D.， Viguié V.， Fokaides P. A.， Ioannou B. I.， Flamos A.， Csete M. S.， Buzasi A.， Orru H.， de Boer C.， Foley A.， Rižnar K.， Matosović M.， Balzan M. V.， Smigaj M.， Baštáková V.， Streberova E.， Šel N. B.， Coste L.， Tardieu L.， Altenburg C.， Lorencová E. K.， Orru K.， Wejs A.， Feliu E.， Church J. M.， Grafakos S.， Vasilie S.， Paspaldzhiev I.， Heidrich O.， Renew. Sust. Energ. Rev.， 2021， 135， 110253
113	He M.， Sun Y.， Han B.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2022， 61（15）， e202112835
114	Salemdeeb R.， Saint R.， Clark W.， Lenaghan M.， Pratt K.， Millar F.， Resour. Environ. Sustain.， 2021， 3， 100019
115	Dou X.， Wang Y.， Ciais P.， Chevallier F.， Davis S. J.， Crippa M.， Janssens⁃Maenhout G.， Guizzardi D.， Solazzo E.， Yan F.， Huo D.， Zheng B.， Zhu B.， Cui D.， Ke P.， Sun T.， Wang H.， Zhang Q.， Gentine P.， Deng Z.， Liu Z.， Innovation， 2022， 3（1）， 100182
116	Yuan Y.， Lu J.， Carbon Energy， 2019， 1（1）， 8—12
117	Zhao Q.， Yu P.， Mahendran R.， Huang W.， Gao Y.， Yang Z.， Ye T.， Wen B.， Wu Y.， Li S.， Guo Y.， Eco⁃Environment & Health， 2022， 1（2）， 53—62
118	Tenaw D.， Hawitibo A. L.， Resour. Environ. Sustain.， 2021， 6， 100040
119	Zaidi S. A. H.， Hussain M.， Uz Zaman Q.， Resour. Environ. Sustain.， 2021， 4， 100022
120	Chen J. M.， Innovation， 2021， 2（3）， 100127
121	Wang F.， Harindintwali J. D.， Yuan Z.， Wang M.， Wang F.， Li S.， Yin Z.， Huang L.， Fu Y.， Li L.， Chang S. X.， Zhang L.， Rinklebe J.， Yuan Z.， Zhu Q.， Xiang L.， Tsang D. C. W.， Xu L.， Jiang X.， Liu J.， Wei N.， Kästner M.， Zou Y.， Ok Y. S.， Shen J.， Peng D.， Zhang W.， Barceló D.， Zhou Y.， Bai Z.， Li B.， Zhang B.， Wei K.， Cao H.， Tan Z.， Zhao L. B..， He X.， Zheng J.， Bolan N.， Liu X.， Huang C.， Dietmann S.， Luo M.， Sun N.， Gong J.， Gong Y.， Brahushi F.， Zhang T.， Xiao C.， Li X.， Chen W.， Jiao N.， Lehmann J.， Zhu Y. G.， Jin H.， Schäffer A.， Tiedje J. M.， Chen J. M.， Innovation， 2021， 2（4）， 100180
122	Kim J.， Kim H.， Han G. H.， Hong S.， Park J.， Bang J.， Kim S. Y.， Ahn S. H.， Exploration， 2022， 2（3）， 20210077
123	Zhu W.， Tackett B. M.， Chen J. G.， Jiao F.， Top. Curr. Chem.， 2018， 376（6）， 41
124	Zhu W.， Fu J.， Liu J.， Chen Y.， Li X.， Huang K.， Cai Y.， He Y.， Zhou Y.， Su D.， Zhu J. J.， Lin Y.， Appl. Catal. B， 2020， 264， 118502
125	Liu L. X.， Zhou Y.， Chang Y. C.， Zhang J. R.， Jiang L. P.， Zhu W.， Lin Y.， Nano Energy， 2020， 77， 105296
126	Zhu W.， Michalsky R.， Metin Ö.， Lv H.， Guo S.， Wright C. J.， Sun X.， Peterson A. A.， Sun S.， J. Am. Chem. Soc.， 2013， 135（45）， 16833—16836
127	Masood ul Hasan I.， Peng L.， Mao J.， He R.， Wang Y.， Fu J.， Xu N.， Qiao J.， Carbon Energy， 2021， 3（1）， 24—49
128	Shi R.， Shang L.， Zhou C.， Zhao Y.， Zhang T.， Exploration， 2022， 2（3）， 20210046
129	Hussain J.， Jónsson H.， Skúlason E.， ACS Catal.， 2018， 8（6）， 5240—5249
130	Hasani A.， Teklagne M. A.， Do H. H.， Hong S. H.， Van Le Q.， Ahn S. H.， Kim S. Y.， Carbon Energy， 2020， 2（2）， 158—175
131	Choi S.， Kim C.， Suh J. M.， Jang H. W.， Carbon Energy， 2019， 1（1）， 85—108
132	Zhang C.， Jun K. W.， Gao R.， Lee Y. J.， Kang S. C.， Fuel， 2015， 157， 285—291
133	Becker W. L.， Penev M.， Braun R. J.， J. Energy Resour. Technol.， 2018， 141（2）， 021901
134	Shin H.， Hansen K. U.， Jiao F.， Nat. Sustainability， 2021， 4（10）， 911—919
135	Jouny M.， Luc W.， Jiao F.， Ind. Eng. Chem. Res.， 2018， 57（6）， 2165—2177
136	Albero J.， Peng Y.， García H.， ACS Catal.， 2020， 10（10）， 5734—5749
137	Li X.， Wang S.， Li L.， Sun Y.， Xie Y.， J. Am. Chem. Soc.， 2020， 142（21）， 9567—9581
138	Ran J.， Jaroniec M.， Qiao S. Z.， Adv. Mater.， 2018， 30（7）， 1704649
139	Zhu W.， Zhang Y. J.， Zhang H.， Lv H.， Li Q.， Michalsky R.， Peterson A. A.， Sun S.， J. Am. Chem. Soc.， 2014， 136（46）， 16132—16135
140	Li Q.， Fu J.， Zhu W.， Chen Z.， Shen B.， Wu L.， Xi Z.， Wang T.， Lu G.， Zhu J. J.， Sun S.， J. Am. Chem. Soc.， 2017， 139（12）， 4290—4293
141	Lv J. J.， Jouny M.， Luc W.， Zhu W.， Zhu J. J.， Jiao F.， Adv. Mater.， 2018， 30（49）， 1803111
142	Li Q.， Zhu W.， Fu J.， Zhang H.， Wu G.， Sun S.， Nano Energy， 2016， 24， 1—9
143	Fu J.， Jiang K.， Qiu X.， Yu J.， Liu M.， Mater. Today， 2020， 32， 222—243
144	Sun Z.， Ma T.， Tao H.， Fan Q.， Han B.， Chem， 2017， 3（4）， 560—587
145	Wu J.， Huang Y.， Ye W.， Li Y.， Adv. Sci.， 2017， 4（11）， 1700194
146	Ho M. T.， Allinson G. W.， Wiley D. E.， Energy Procedia， 2009， 1（1）， 763—770
147	Wu Y.， Jiang Z.， Lu X.， Liang Y.， Wang H.， Nature， 2019， 575（7784）， 639—642
148	Yang H.， Lin Q.， Wu Y.， Li G.， Hu Q.， Chai X.， Ren X.， Zhang Q.， Liu J.， He C.， Nano Energy， 2020， 70， 104454
149	Gong Y. N.， Jiao L.， Qian Y.， Pan C. Y.， Zheng L.， Cai X.， Liu B.， Yu S. H.， Jiang H. L.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2020， 59（7）， 2705—2709
150	Zhang T.， Han X.， Yang H.， Han A.， Hu E.， Li Y.， Yang X. Q.， Wang L.， Liu J.， Liu B.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2020， 59（29）， 12055—12061
151	Ni W.， Liu Z.， Zhang Y.， Ma C.， Deng H.， Zhang S.， Wang S.， Adv. Mater.， 2021， 33（1）， 2003238
152	Jouny M.， Luc W.， Jiao F.， Ind. Eng. Chem. Res.， 2020， 59（16）， 8121—8123
153	He H.， Wang H. H.， Liu J.， Liu X.， Li W.， Wang Y.， Molecules， 2021， 26（21）， 6501
154	Su J.， Zhuang L.， Zhang S.， Liu Q.， Zhang L.， Hu G.， Chin. Chem. Lett.， 2021， 32（10）， 2947—2962
155	Cheng N.， Zhang L.， Doyle⁃Davis K.， Sun X.， Electrochem. Energy Rev.， 2019， 2（4）， 539—573

Catalyst	Current density/（mA·cm^-2）	Faradaic efficiency（%）	Stability/h	Product	Ref.
CoSA/HCNFs	211	92	50	CO	［148］
Ni?N₂	98	20	10	CO	［149］
Ni?N _x	100	100	20	CO	［150］
Fe?N₄	94.9	2	60	CO	［151］
Single?atom Sn ^δ⁺ on N?doped graphene	11.7	74.3	24	CH₃COO^-	［73］
Cu?CDs	40	78	6	CH₄	［8］
SA?Zn/MNC	31.8	85	35	CH₄	［66］
CoPc?NH₂/CNT	31.9	32	12	CH₃OH	［147］
Cu/C?0.4	—	91	16	CH₃CH₂OH	［68］
Cu?pyrrolic?N₄	ca. 0.4	36.7	5 cycle	CH₃COCH₃	［67］

Catalyst	Current density/（mA·cm^-2）	Faradaic efficiency（%）	Stability/h	Product	Ref.
CoSA/HCNFs	211	92	50	CO	［148］
Ni?N₂	98	20	10	CO	［149］
Ni?N _x	100	100	20	CO	［150］
Fe?N₄	94.9	2	60	CO	［151］
Single?atom Sn ^δ⁺ on N?doped graphene	11.7	74.3	24	CH₃COO^-	［73］
Cu?CDs	40	78	6	CH₄	［8］
SA?Zn/MNC	31.8	85	35	CH₄	［66］
CoPc?NH₂/CNT	31.9	32	12	CH₃OH	［147］
Cu/C?0.4	—	91	16	CH₃CH₂OH	［68］
Cu?pyrrolic?N₄	ca. 0.4	36.7	5 cycle	CH₃COCH₃	［67］

[1]	YANG Jingyi, LI Qinghe, QIAO Botao. Synergistic Catalysis Between Ir Single Atoms and Nanoparticles for N₂O Decomposition [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(9): 20220388.
[2]	LIN Gaoxin, WANG Jiacheng. Progress and Perspective on Molybdenum Disulfide with Single-atom Doping Toward Hydrogen Evolution [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(9): 20220321.
[3]	REN Shijie, QIAO Sicong, LIU Chongjing, ZHANG Wenhua, SONG Li. Synchrotron Radiation X-Ray Absorption Spectroscopy Research Progress on Platinum Single-atom Catalysts [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(9): 20220466.
[4]	WANG Sicong, PANG Beibei, LIU Xiaokang, DING Tao, YAO Tao. Application of XAFS Technique in Single-atom Electrocatalysis [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(9): 20220487.
[5]	TENG Zhenyuan, ZHANG Qitao, SU Chenliang. Charge Separation and Surface Reaction Mechanisms for Polymeric Single-atom Photocatalysts [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(9): 20220325.
[6]	YANG Jingyi, SHI Siqi, PENG Huaitao, YANG Qihao, CHEN Liang. Integration of Atomically Dispersed Ga Sites with C₃N₄ Nanosheets for Efficient Photo-driven CO₂ Cycloaddition [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(9): 20220349.
[7]	WANG Ruyue, WEI Hehe, HUANG Kai, WU Hui. Freezing Synthesis for Single Atom Materials [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(9): 20220428.
[8]	TANG Quanjun, LIU Yingxin, MENG Rongwei, ZHANG Ruotian, LING Guowei, ZHANG Chen. Application of Single-atom Catalysis in Marine Energy [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(9): 20220324.
[9]	CHU Yuyi, LAN Chang, LUO Ergui, LIU Changpeng, GE Junjie, XING Wei. Single-atom Cerium Sites Designed for Durable Oxygen Reduction Reaction Catalyst with Weak Fenton Effect [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(9): 20220294.
[10]	QIN Yongji, LUO Jun. Applications of Single-atom Catalysts in CO₂ Conversion [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(9): 20220300.
[11]	YAO Qing, YU Zhiyong, HUANG Xiaoqing. Progress in Synthesis and Energy-related Electrocatalysis of Single-atom Catalysts [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(9): 20220323.
[12]	FAN Jianling, TANG Hao, QIN Fengjuan, XU Wenjing, GU Hongfei, PEI Jiajing, CEHN Wenxing. Nitrogen Doped Ultra-thin Carbon Nanosheet Composited Platinum-ruthenium Single Atom Alloy Catalyst for Promoting Electrochemical Hydrogen Evolution Process [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(9): 20220366.
[13]	JIANG Bowen, CHEN Jingxuan, CHENG Yonghua, SANG Wei, KOU Zongkui. Recent Progress of Single-atom Materials in Electrochemical Biosensing [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(9): 20220334.
[14]	LIN Zhi, PENG Zhiming, HE Weiqing, SHEN Shaohua. Single-atom and Cluster Photocatalysis： Competition and Cooperation [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(9): 20220312.
[15]	HAN Fuchao, LI Fujin, CHEN Liang, HE Leiyi, JIANG Yunan, XU Shoudong, ZHANG Ding, QI Lu. Enhance of CoSe₂/C Composites Modified Separator on Electrochemical Performance of Li-S Batteries at High Sulfur Loading [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(8): 20220163.

Techno-economic Analysis and Industrial Application Prospects of Single-atom Materials in CO₂ Catalysis

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