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1.文章导读

原子级制造技术正在推动化学传感器从纳米尺度向原子尺度发展，从而实现检测精度、响应速度与稳定性优异的化学传感器制造。由于原子级敏感材料与器件的制造困难，以及对制造机理和响应机理理解不够全面和深入，目前该领域仍然发展缓慢。近期，华东理工大学的张博威教授、轩福贞教授课题组与爱荷华州立大学的胡珊教授在SCI期刊《极端制造（英文）》期刊上发表了题为《Atomic-scale manufacturing for chemical sensing》的文章。

先进制造技术不断发展，推动化学传感材料的研发尺度逐步缩小至原子级别。借助原子尺度制造（ASM）工艺制备得到的单原子化学传感材料，具备独特的理化特性，由此拥有优异的传感性能与全新的传感作用机制；其中单原子位点的键合牢固程度、匹配合理的配位环境，直接决定单原子催化剂（SACs）的化学传感能力高低。原子尺度制造技术能够精准调控每一个独立原子位点的本征特性，以此定向优化传感材料整体检测性能，是极具发展前景的新型制备手段。不过尽管ASM在化学传感领域拥有巨大应用潜力，相关研究整体仍处于初步探索阶段。。

图1原子尺度制造技术及在化学传感中的应用

这篇综述以原子尺度制造为核心视角，全面梳理原子级传感领域近年的研究进展：重点归纳各类单原子催化剂的原子尺度制备方法，深入剖析其制备生成机理、化学传感响应原理，同时梳理该类材料在各类化学检测场景中的实际应用（图 1）；另外从原子制造的角度，总结现阶段单原子传感材料研发面临的各类难题，并对领域后续发展方向做出展望。

2.图文解析（创新研究/研究亮点/研究进展）

以单原子催化剂为载体全面阐述原子尺度制造技术。金属单原子表面能高，易发生团聚，载体配位环境直接决定其结构稳定性与催化性能。氮、氧构成的一级配位壳能够调控金属电子结构与反应物吸附能力，外层配位则通过改变电子分布间接提升催化效率与材料导电性。现阶段热处理、化学合成、物理合成三类制备工艺各有缺陷，难以同时实现结构精准调控、低成本与规模化制备。精细调控多级配位环境，平衡催化活性、结构稳定性与合成效率，是该领域后续重点研究方向。原子尺度制备过程中，范德华弱相互作用与泡利轨道排斥效应共同作用，深刻影响单原子体系的稳定状态。（图2）

图2. 原子尺度制造技术的机理

原子级敏感材料其传感信号主要来源于化学增敏与电子增敏两种机制。单原子不饱和配位与独特电子结构可提升待测物接触面积，增加表面吸附氧，实现高效化学催化增敏；均匀单原子活性位点能够优化电子传输，载体缺陷可调控金属电子轨道，实现常温下低浓度气体灵敏检测。多数传感体系依靠两种增敏协同发挥作用，单原子与载体界面形成肖特基结加速电子迁移，同时诱导大量氧空位降低反应活化能，达成低温高性能检测。现阶段针对两类增敏协同机理的研究仍十分有限，深入探究该协同效应将是高性能单原子传感材料后续重点研究方向。（图 3）

图3. 原子级敏感材料传感机理

3.总结与展望

金属单原子催化性能优异，在化学传感领域具备巨大应用潜力，想要获得高性能原子级传感材料，选择适配的制备工艺至关重要。本文综述围绕单原子键合机理、各类原子尺度制备技术展开，系统梳理单原子催化剂在传感领域最新研究进展，同时剖析其传感作用机制，总结该材料在气体传感与电化学生物传感中的应用。（图 4）

图4. 原子尺度传感器的制造方法与应用场景

未来仍需关注：（1）发展高精度、原子级可控的单原子制备技术；（2）开发低成本、高性能的非贵金属传感材料体系；（3）构建多金属协同结构，实现复合增强传感效应；（4）在低原子负载量条件下实现高效传感性能；（5）推动研究从单一传感材料向完整传感器件体系升级；（6）革新制备思路，建立 “先构筑器件、后负载原子” 的逆向制造策略；（7）引入人工智能技术赋能化学传感的精准设计与性能优化。