徐昕課題組：加氫/脫氫反應(yīng)體系中納米催化劑的“結(jié)構(gòu)-活性”關(guān)系
在多相催化中，催化劑顆粒的尺寸和形貌會極大的影響催化活性，因此其結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系是多相催化研究中的核心問題之一。催化劑活性由表面電子結(jié)構(gòu)決定，因而多數(shù)“結(jié)構(gòu)-活性”研究都集中在構(gòu)建“結(jié)構(gòu)-能量”關(guān)系這一部分。從能量關(guān)系出發(fā)，通過求解微動力學(xué)模型，可以得到反應(yīng)速率等動力學(xué)信息。對于多相催化中常見的納米催化劑，目前最有效的微動力學(xué)模型是動力學(xué)蒙特卡洛模擬（KMC），但受制于計算量，其應(yīng)用通常被局限于小粒徑的納米顆粒（<5nm）研究中。如果能夠跨越DFT計算和KMC模擬步驟，直接構(gòu)建催化劑表面活性位點的“結(jié)構(gòu)-活性”關(guān)系，將大幅提升催化劑設(shè)計與篩選的效率，有力地擴展第一性原理在多相催化研究中的應(yīng)用范圍。
近日，我系徐昕教授課題組（https://xdft.fudan.edu.cn）發(fā)現(xiàn)，對于加氫/脫氫步驟控制的反應(yīng)體系，由于氫在金屬表面的吸附能對吸附位點不敏感，可以建立單個吸附位點與反應(yīng)活性的對應(yīng)關(guān)系，且納米催化顆粒的活性可以由各表面位點的活性相加得到?；趩挝稽c模型，徐昕教授課題組對Cu納米顆粒催化的水汽變換反應(yīng)進行了研究，并對大粒徑Cu納米顆粒（500-1000nm）的活性進行了預(yù)測，其預(yù)測表觀活化能與實驗值偏差小于1.0 kcal/mol。研究結(jié)果還表明，即使對于大粒徑納米顆粒，其催化活性也不能簡單等價于面位的活性，例如對于877nm的正方體顆粒，其棱位對活性仍有較大貢獻(xiàn)。這一研究成果以“Structure-Reactivity Relationship for Nano-Catalysts in the Hydrogenation /Dehydrogenation Controlled Reaction Systems”為題發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》雜志（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 26342–26345）。課題組成員申同昊博士與博士生楊宇琦為共同一作。該工作得到了國家自然科學(xué)基金（Grant 21688102）及國家重點研發(fā)計劃(Grant 2018YFA0208600)的支持。
圖1 a)構(gòu)建“GCN-活性”關(guān)系示意圖 b)三次多項式擬合納米顆粒的“GCN-活性”關(guān)系
? ? ?全文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202109942
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