单原子催化剂（SACs）是一种新型的异质催化剂，其中具有催化活性的单个和分离的金属原子被锚定在载体上，形成具有均一活性位点的催化系统，可以表现出最佳的金属利用率，所有的金属原子都暴露在反应物中，可用于催化反应。
此外，与金属纳米粒子（NPs）和单核金属化合物相比，SACs的独特性质引起了研究人员的极大关注，其中SACs具有非凡的催化活性、选择性和稳定性，可用于各种反应，包括氧化、水气转换和氢化已被证实，这可归因于金属原子的低配位环境以及高原子利用率和增强的强金属支撑相互作用。
单原子催化剂由于其独特的电子结构和不饱和配位中心,具有极高的活性和选择性，同时通过原子分散大大减少了催化金属的使用，使其具备优异的稳定性能，目前广泛应用于光电催化；工业应用等各个领域。
而如何判断催化剂的原子形式到底是单原子、团簇还是纳米颗粒，是研究工作中一个十分重要的问题。
1. 球差电镜
利用球差电镜的STEM-HAADF模式（高角环形暗场像）可以有效判断含有SA位点的负载催化剂的结构和形态。它通过超高的分辨率成像技术，能够直接显示单原子的电子图像。
这种技术可以清晰地观察到单个原子的分布和分散状态，是确认单原子催化剂结构的重要工具。如下图所示，显然，在纳米片的表面可以观察到许多单原子亮点。（10.1016/j.checat.2021.08.009）。
同时也可以利用EDS观察元素分布情况识别单原子存在的位置。
如下图所示（10.1021/acscatal.3c00810），结合HAADF-STEM的原子相，EDS线扫共同佐证Rh原子是以单原子形式，均匀分散在CeO2的表面（CeO2表面的信号应当是均匀的，蓝线，橙线的线扫结果交界处都出现了信号突然下降的情况，表明Rh原子成功分散在了CeO2表面）。
2. 同步辐射X射线吸收光谱
同步辐射技术是表征单原子催化剂的重要手段，通过其多种技术手段可以揭示催化剂中金属原子的分布、电子结构及其与载体之间的相互作用。
其中，同步辐射X射线吸收光谱是一种常用的表征技术，能够提供单原子催化剂中金属原子的局部电子结构信息。
例如，在文献中提到（10.1002/anie.20201342），通过同步辐射XAS分析Ni单原子催化剂，可以观察到Ni原子的氧化态和化学环境，从而验证Ni原子以单原子形式存在。
从EXAFS数据可以直观看出，Ni单原子不存在不具有Ni-Ni配位，而在低阶壳层中存在明显的Ni-O/N配位峰，可以根据数据分析进一步拟合判断。
3. X射线衍射分析
球差电镜和同步辐射X射线吸收光谱可以最直观的判断催化剂的原子形式是否以单原子形式存在。但还有许多表征可以用于辅助判断，例如X射线衍射分析（XRD），可以通过分析XRD图谱中特定的衍射峰来判断催化剂中是否存在单原子分布。
如下图所示（10.1002/anie.202004125），形成Co团簇或纳米粒子的样品在XRD中可以明显看到存在金属Co（01-077-7451）的几个特征峰。
这表明形成了面心立方Co晶体，而Co-SACs在XRD测试中并不存在明显的特征峰，这可以和球差电镜，同步辐射的结果相互印证，从而判断样品中是否存在单原子。
4. 其他表征
除上述表征外，其他技术如X射线光电子能谱；密度泛函理论等也被用来表征SACs的特征。
XPS可以提供金属原子的化学状态和配位环境的信息。通过分析金属原子的结合能和化学位移，可以判断其是否为单原子。
DFT计算可以模拟催化剂的电子结构和活性位点的特性，帮助验证实验结果。
