The outbreak of antibiotic-resistant bacteria, or "superbugs", poses a global public health hazard due to their resilience against the most effective last-line antibiotics. Identifying potent antibacterial agents capable of evading bacterial resistance mechanisms represents the ultimate defense strategy. This study shows that -the otherwise essential micronutrient- manganese turns into a broad-spectrum potent antibiotic when coordinated with a carboxylated nitrogen-doped graphene. This antibiotic material (termed NGA-Mn) not only inhibits the growth of a wide spectrum of multidrug-resistant bacteria but also heals wounds infected by bacteria in vivo and, most importantly, effectively evades bacterial resistance development. NGA-Mn exhibits up to 25-fold higher cytocompatibility to human cells than its minimum bacterial inhibitory concentration, demonstrating its potential as a next-generation antibacterial agent. Experimental findings suggest that NGA-Mn acts on the outer side of the bacterial cell membrane via a multimolecular collective binding, blocking vital functions in both Gram-positive and Gram-negative bacteria. The results underscore the potential of single-atom engineering toward potent antibiotics, offering simultaneously a long-sought solution for evading drug resistance development while being cytocompatible to human cells.

Diatomic catalysts (DACs) present unique opportunities for harnessing ensemble effects between adjacent metal atoms, thus, expanding the properties of single-atom catalysts (SACs). However, the precise preparation and characterization of this type of catalyst remains challenging. Following a precursor-preselected strategy, here, we report the synthesis of a carbon nitride-supported Pd-DAC, which achieves an excellent yield of 92% for photocatalytic water-donating transfer hydrogenation of 4-vinylphenol to 4-ethylphenol, far exceeding that of other metal species, including Pd single atoms (47%) and nanoparticles (1%). Combining transmission electron microscopy with standardized machine learning atom-detection methods confirms the stabilization of a substantial fraction of dimeric Pd species over carbon nitride. Density functional theory (DFT) simulations associate the outstanding performance of Pd-DAC to enhanced substrate activation in the hydrogenation path compared to Pd-SAC. The work provides criteria for DACs characterization and demonstrates a transfer hydrogenation application that is sustainable and eco-friendly over conventional hydrogenation technologies.