开发单原子催化剂是当前催化研究的热点。只有在单原子催化剂表面积尽可能增大的前提下，才能最大限度地提高原子使用效率，提升催化性能，辅助完成燃料和药品等制造过程中的关键工艺步骤。
因为许多最有用的催化反应只能在高温下进行，当高温导致系统不稳定性增加时，单个原子通常聚集在一起，表面积下降导致它们的催化性能下降，因此合成稳定的单原子催化剂比较困难。
美国能源部（DOE）阿贡国家实验室的科学家与多所大学合作，证明将催化剂和底物暴露于重复的高温冲击波中，可将催化剂分解成单个原子，并使系统在前所未有的时长内保持稳定。实验用铂作催化剂，用碳作底物。这项最新发表在《自然·纳米技术》上。
研究的成功得益于多个国家实验室和大学的跨学科合作。马里兰大学完成了系统经受热脉冲过程的计算机模拟。在约翰霍普金斯大学进行了实际反应测试，并在先进光子源（APS）进行了X射线吸收光谱测试。各项测试的结果表明，预测值与测试值十分接近。原子分辨率显微镜下的原位稳定性测试由在芝加哥伊利诺伊大学和美国能源部管辖下的、西北太平洋国家实验室下属的环境分子科学实验室共同完成。
科学家将铂原子分散在碳表面上，在低温下，铂原子聚集在一起，而不是像单个原子那样与碳结合。在第一次高温冲击波或热脉冲后，铂原子聚集体开始分裂，在10次脉冲之后，铂被均匀地分散并植入碳中。研究中利用了APS光束线在表征单原子催化方面独一无二的优势，证明在10次冲击波后几乎没有发现铂-铂键结合。相反，铂与碳基体结合可以有效解释该系统为何可以增强性能。
实验在高达2000K的创纪录高温下进行，从而建立具有反应潜力的稳定催化环境。该系统在合成50多小时后依然保持稳定。冲击波方法绕过了单个原子与自身结合的常见问题。因为当将原子加热到高温时，能量的飞溅会导致它们四处移动并破坏它们原有的键。这种不稳定性破坏了铂-铂键，使铂分散在碳上，为铂与碳分子结合提供了能量稳定的机会。每多给予一次冲击波，铂原子就会扩散更广泛。而且铂和碳之间的键很强，如果把铂与铂自身的结合打断，那么它和碳的结合可以很长久。碳就像土壤，铂就像有强壮根系的花——系统非常稳定。
研究小组进一步测试了该系统的热稳定性，用高达3000K的冲击波处理单个原子。结果显示原子的使用效率还是能够最大化。
利用热冲击波来合成单原子催化剂的方法省时且应用前景广泛，可以实现传统方法难以实现的催化环境。研究小组计划使用这种方法，以氮化碳和二氧化钛为底物，合成其他重要的催化剂，以获得更普适的理论，并将其推广到其他材料中。
