摘要：氧化物在异质催化中占据重要地位，发挥着催化剂支撑体、活性材料和电极等关键作用。一类高度有序的氧化物——单晶氧化物，传统上被用作基础表面科学研究中的催化剂支撑体。然而，随着大宗合成技术的发展，使得单晶氧化物在现实应用中的广泛使用变得更加可行。

氧化物在异质催化中占据重要地位，发挥着催化剂支撑体、活性材料和电极等关键作用。一类高度有序的氧化物——单晶氧化物，传统上被用作基础表面科学研究中的催化剂支撑体。然而，随着大宗合成技术的发展，使得单晶氧化物在现实应用中的广泛使用变得更加可行。

成果简介

为了解决这一问题，阿卜杜拉国王科技大学Seok-Jin Kim, Raghu V. Maligal-Ganesh，Cafer T. Yavuz团队等人在Nature Reviews Chemistry期刊上发表了题为“Structural control over single-crystalline oxides for heterogeneous catalysis”的最新综述。在本综述中，该团队探讨了单晶氧化物作为活性金属和支撑体在各种异质催化过程中的效率，并且它们在许多过程中表现出色。

研究者从合成方法入手，讨论了单晶氧化物在热催化、电催化和光催化中的优势。通过理解这些有序材料在相应反应中的表现，重新评估了关于催化活性、失活以及表面–吸附物相互作用的传统观点。最后，研究者评估了表征技术的进展及其在设计下一代基于单晶氧化物的催化剂中的影响。

研究亮点

（1）综述首次探讨了单晶氧化物在异质催化中的应用，得到了它们作为催化剂支撑体、活性材料和电极的重要性。研究表明，单晶氧化物不仅在基础表面科学研究中发挥了关键作用，而且随着大宗合成技术的进步，它们在实际工业应用中也变得更加可行。

（2）文章通过分析单晶氧化物的合成方法，揭示了它们在热催化、电催化和光催化中的优势。研究表明，这些材料在多种催化反应中表现出色，具有优异的催化活性和耐久性，尤其在高温和高压力条件下展现出独特的优势。

（3）文章进一步通过重新评估传统的催化活性、失活和表面–吸附物相互作用的理论，提出了如何通过理解这些有序材料的反应行为来改进催化过程。尤其是单晶氧化物在反应过程中表现出的高度有序性，有助于优化催化性能。

（4）最后，文章评估了表征技术的最新进展，强调了它们在设计下一代催化剂中的作用。新兴的表征方法为精确控制单晶氧化物的结构和性能提供了可能，这对于提高催化效率和推动可持续催化技术的发展具有重要意义。

图文解读

图1: 纳米级尺寸单晶氧化物制备的替代合成方法。

图2: 热化学催化中的单晶氧化物。

图3: 通过小平面控制的工程稳定性和活性。

图4: 单晶氧化物基催化剂结构的表征。

图5: 用于机理研究的集成反应和表面光谱分析。

结论展望

单晶氧化物（SCOs）在异质催化中的巨大潜力和应用前景，尤其是在热催化、电催化和光催化领域。首先，随着纳米技术的发展，单晶氧化物的合成方法得到了显著提升，推动了其在工业化学转化中的应用。尽管面临合成成本高、表面积低等挑战，单晶氧化物通过精确控制晶面和形貌，能够显著提高催化效率和选择性，为下一代催化剂的设计提供了新思路。

其次，表面重构和缺陷控制成为提升单晶氧化物催化性能的关键因素，这要求未来的研究更加关注催化过程中材料的动态变化与表面结构的精确调控。此外，结合先进的表征技术，能够更全面地理解单晶氧化物在复杂催化反应中的表现，从而为工业催化的高效化、绿色化提供技术支持。最后，单晶氧化物作为催化支撑体和活性位点的双重功能，未来可在单原子催化、金属纳米粒子催化等领域取得突破，进一步促进催化反应的高效性和专一性，为能源转化、环境治理等领域带来深远影响。

文献信息

Kim, SJ., Maligal-Ganesh, R.V., Mahmood, J. et al. Structural control over single-crystalline oxides for heterogeneous catalysis. Nat Rev Chem (2025). https://doi.org/10.1038/s41570-025-00715-5

来源：MS杨站长