总结：本文系统梳理了单原子催化剂（SACs）在实际应用中面临的多种失活机制，包括金属位点溶解和脱金属、单原子的团聚与重构、载体腐蚀、中毒、质子化与阴离子吸附，以及传质障碍等，分析了这些机制对催化剂活性与寿命的影响。
同时，文中结合最新研究，总结了通过增强金属-载体相互作用、优化位点结构、孔道工程、表面改性、操作环境控制及理论与原位表征协同等多种防治策略，有效提升SACs的稳定性和抗失活能力。
最后展望了高通量筛选、新型载体开发和多尺度原位技术等前沿方向，强调理解并协同多重机制是实现单原子催化剂稳定产业化应用的关键。
单原子催化剂（Single-Atom Catalysts, SACs）指的是金属原子以“单原子”形式高度分散并锚定在载体表面（如碳材料、氧化物等），具有最大化原子利用率、可调控配位环境、结构均一性好等优点。
相比传统纳米颗粒催化剂，SACs不仅能大幅降低贵金属用量，还常常表现出独特甚至优异的催化活性与选择性。
但与此同时，单原子催化剂的“单原子”结构天然不稳定，极易在实际工作条件下发生迁移、团聚、脱附甚至被腐蚀等失活过程，极大影响其寿命和工业应用前景。因此，“失活机制”及其“防治策略”成为SACs领域的核心科学问题。
单原子金属位点的溶解和脱金属作用（Demetallation）
SACs中的金属原子常通过和N、O、S等异原子配位锚定于载体上，比如Fe-N-C、Co-N-C等体系。但在酸性、氧化性或高电位环境下，这些配位结构可能断裂，导致金属原子溶出、脱落，活性位点数量下降，催化活性快速衰减。
例如Fe-N-C电催化剂在质子交换膜燃料电池（PEMFCs）中就常发生Fe的脱金属现象，尤其是高温或高电位加速老化测试下。
孤立的金属原子具有高表面能，容易在高温、强还原或强电场等条件下迁移并团聚生成纳米团簇或颗粒，导致失去“单原子”优势。
这一过程可能是不可逆的，也可能在特定电化学环境下动态可逆。比如有报道显示，Cu单原子可在氨合成反应中形成小团簇成为真正的活性中心，但大多数情况下团聚都是导致失活的主因之一。
载体（如碳材料）本身的稳定性决定了单原子的锚定能力。碳材料在高电位、强氧化剂（如H₂O₂、自由基）或高温环境下容易被氧化、腐蚀，导致结构坍塌、导电性下降、活性位点脱落等问题。
类似地，金属氧化物、氮化物等无机载体在酸性或强还原环境中也可能发生溶解或结构重构，影响催化剂寿命。
反应过程中，环境中的杂质（如CO、SOₓ、NOₓ、氯离子等）或反应中间体都可能与金属活性中心发生强吸附甚至形成配合物，阻塞催化位点导致催化剂中毒失活。例如Fe-N-C在CO环境下部分位点就会被CO强烈吸附，显著降低ORR（氧还原反应）活性。
在酸性介质中，载体上的吡啶氮等位点可能被质子化（形成N-H），这会削弱其与金属原子的配位能力，导致金属原子脱落。此外，某些阴离子（如PO₄³⁻、SO₄²⁻等）也可能与金属中心或配体发生竞争吸附，影响活性。
水泛（Micropore Flooding）及传质障碍
高湿、高电流密度下，催化剂层和微孔可能出现水泛，导致活性位点被水覆盖，O₂等反应物难以到达，严重影响电极反应效率和寿命。
载体表面工程：如引入N、O、S等异原子或缺陷增强对金属原子的锚定力，抑制其迁移和团聚。
新型载体开发：高稳定性金属氧化物、碳化物、氮化物等可作为载体，大幅提升热稳定性和化学抗腐蚀性。
物理限域：通过孔道、腔体结构对单原子进行空间限域，防止其迁移。
化学修饰：调整配体类型或局部环境，增强配位键强度，提升抗失活能力。
构建多级孔结构：提升传质能力，减少微孔水泛和活性位点被水阻挡的问题。
疏水/亲水改性：表面疏水处理可减少水泛，提高长期运行的结构稳定性。
优化电极设计和运行参数：减少极端电位波动、避免长时间高温高湿运行、控制杂质污染物等。
电催化体系防中毒设计：选择对目标反应选择性高且抗杂质能力强的SACs结构。
利用原位/准原位谱学（如XAS、Mössbauer、TEM等）动态观测失活过程，结合理论模拟揭示本质机制，反向指导高稳定性催化剂的设计。
单原子催化剂以其极高的原子利用率和可调控性，成为未来高效、绿色电催化与能源转化领域的理想材料。
但其失活机制复杂，涉及原子、介观乃至宏观多尺度过程。只有深入理解并协同多种防治策略，才能实现其从实验室到实际产业的稳定应用。
未来，高通量理论筛选、新型载体开发、多尺度原位表征技术、智能化材料设计将成为推动SACs长期稳定应用的关键。
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