催化是现代化学化工的核心技术，工业催化通过其工艺和产品，贡献了约20%的国民生产总值。催化的本质是反应物在“活性位”作用下加速向产物转化的过程，因而如何最大化“活性位”数量并实现原子尺度的精准构筑，是催化科学长期追求的目标和重大挑战。
针对这一难题，中国科学院大连化学物理研究所张涛院士团队联合清华大学李隽院士、亚利桑那州立大学刘景月教授等协力攻关，以构筑原子精准活性位、最大化金属原子利用率为目标，在国际上首次提出“单原子催化(Single-Atom Catalysis)”概念，产生了广泛和重大的国际影响。主要科学发现包括：
提出“单原子催化”新概念，开辟了新的研究领域
团队在长期研究负载型金属催化剂的基础上，成功创制了国际首例负载型实用单原子催化剂Pt1/FeOx，获得了比纳米催化剂更高的活性和选择性；从原子水平阐明了单原子在载体上的结构特征，揭示了单原子和载体协同催化的新机理。提出“单原子催化”新概念， 定义了单原子催化剂的表达方式（M1/Support），开辟了新的催化研究领域。“单原子催化”概念的提出引发了国际上百余个国家、数千个研究组跟进研究，得到广泛关注和认可，成为国际催化领域最活跃的研究前沿之一。
拓展“单原子催化”新反应，阐明单原子催化特征与机理
在国际上率先开展了单原子催化的硝基芳烃选择加氢、C-H键选择氧化、烯烃氢甲酰化等重要反应，获得了传统金属催化剂难以获得的高活性/高选择性，引领了该方向的研究；提出单原子配位环境是单原子催化剂最具特征性的描述符，发展了表征和调控单原子配位环境的新方法和策略，建立了配位数、电子态和催化性能的有效关联，阐明“单原子催化”特征与机理。
发展单原子催化剂稳定性理论，揭示动态“单原子催化”等新机制
揭示了原子轨道空间分布对载体可还原性的影响及其与单原子催化剂稳定性和活性的关系，建立了基于化学势原理的单原子催化剂普适热力学稳定性模型和电化学势窗口模型，发展了单原子催化剂稳定性理论，为预测单原子催化剂的稳定性和反应性及构效关系奠定了基础。提出了单团簇催化和动态单原子催化新概念和新机制，拓展了单原子催化的内涵和外延。
“单原子催化”将多相催化中对“活性位”的认知从传统的表界面微米尺度、纳米尺度深入到了更加微观和精准的原子尺度，使人们可以从化学的“极限”尺度来认识催化剂结构，不仅开辟了催化学科研究的新方向，更对实现金属原子利用率的最大化、开发新一代高效低成本催化剂，具有非常重要的应用价值。
在“单原子催化”的持续引领下，我国科学家已实现其从基础研究走向工业应用的实践探索，“单原子催化”现已对催化乃至化学化工、材料、生物、能源环境等领域产生了广泛影响。
“单原子催化”是由我国科研团队在国际上首次提出并系统发展的原创科学概念，也是催化科学百余年发展历程中少数由中国科学家提出并获得国际广泛认可的重要概念之一。“单原子催化”入选美国化学会《化学与工程新闻》（C&EN）“Top Research of 2016”、中国科学院改革开放40年四十项标志性科技成果及国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）发布的“2025年度化学领域十大新兴技术”。张涛院士因其在“单原子催化”的开创性贡献先后荣获何梁何利科技进步奖、亚太催化成就奖、首届唐敖庆化学奖、未来科学大奖“物质科学奖”、科睿唯安“引文桂冠奖”、中国催化成就奖、陈嘉庚化学科学奖、德国洪堡奖等。
