افزایش غلظت CO₂ اتمسفری و نیاز به تولید پایدار مواد شیمیایی، توسعه کاتالیست‌های کارآمد برای احیای الکتروشیمیایی CO₂ را ضروری ساخته است. کاتالیست‌های تک‌اتمی (SACs) با حداکثر بازده استفاده از اتم‌های فلزی و ساختار هماهنگی تعریف‌شده، گزینه‌ای امیدوارکننده محسوب می‌شوند. این مقاله مروری، پل زدن بین درک مکانیسمی احیای CO₂ روی SACها و کاربردهای عملی آنها در تولید پایدار مواد شیمیایی، با تأکید بر چالش‌های پایداری و چشم‌انداز اقتصاد چرخشی کربن است.در این پژوهش مبانی تئوری محاسبات DFT، محیط هماهنگی M-N₄، واسطه‌های کلیدی COOH و OCHO، روش‌های سنتز پیرولیز MOF، رسوب الکتروشیمیایی، تکنیک‌های شناسایی AC-STEM، EXAFS، و عملکرد کاتالیستی در تولید CO، HCOOH، CH₃OH و محصولات C2+ به صورت نظام‌مند تحلیل شده است.یافته‌هاSACهای Ni-N-C و Fe-N-C بازده فارادیکی بالای ۹۵٪ برای تولید CO نشان می‌دهند. SACهای مبتنی بر Bi و Sn مسیر OCHO را ترجیح داده و HCOOH با انتخاب‌پذیری عالی تولید می‌کنند. با این حال، چهار چالش اصلی صنعتی‌سازی عبارتند از: (۱) خوشه‌شدگی اتم‌ها در پتانسیل‌های بالا، (۲) حساسیت به ناخالصی‌های SO₂ و O₂ در خوراک واقعی، (۳) دشواری سنتز مقیاس بزرگ، (۴) اقتصاد محدود به محصولات با ارزش افزوده. محصولات C2+ اساساً خارج از قلمرو SACهای واقعی هستند.بر اساس نتایج SACها در مسیرهای دوالکترونی به بلوغ صنعتی نزدیک شده‌اند، اما تحقق اقتصاد چرخشی کربن مستلزم طراحی محاسباتی مبتنی بر یادگیری ماشین، تلفیق با سلول‌های فوتوالکتروشیمیایی، و استانداردسازی پروتکل‌های پایداری است. اولویت تحقیقات آینده، گذر از رکوردهای بازده آزمایشگاهی به سامانه‌های مقاوم در محیط واقعی می‌باشد.

کاتالیست‌های تک‌اتمی احیای الکتروشیمیایی مکانیسم واکنش انتخاب‌پذیری محصول.