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Chemical Reviews:原子尺度界面催化的设计原则与最新进展

催化视界  · 公众号  ·  · 2025-02-03 07:30

正文

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异相催化在能源、化工和材料工业中占据核心地位,催化反应通常发生在催化剂的界面区域,而这些界面往往决定了催化活性和选择性。近年来,合成方法、表征技术和反应动力学研究的进展使科学家们能够在原子尺度上解析关键界面,并利用界面工程精确调控电子结构和吸附行为,从而优化催化性能。

成果简介

Chemical Reviews期刊发表了题为“Interfacial Catalysis at Atomic Level”的综述论文。文章全面回顾了原子尺度界面催化的最新研究进展,涵盖界面催化的基本概念、催化剂设计、反应机理、表征技术,并探讨了未来发展方向。研究强调,通过界面工程调整催化剂的电子结构、吸附模式和表面构型,可以更深入理解催化反应机制,为开发新一代高效工业催化剂提供科学依据


研究亮点

  • 界面催化的基本原理
    回顾了界面催化理论的发展历程,并总结了金属-金属、金属-氧化物、金属-碳化物/氮化物等不同类型的界面催化体系。
  • 催化剂设计策略
    探讨了界面催化的工程化方法,包括原子层沉积、合金化策略和逆催化剂(inverse catalyst)的构筑,以最大化界面活性位点。
  • 反应机理解析
    系统分析了界面对反应路径的影响,特别是如何通过调控界面结构优化Langmuir-Hinshelwood、Eley-Rideal和Mars-van Krevelen等经典催化机制。
  • 先进表征技术
    介绍了用于解析催化剂界面的原位光谱、电镜和量子化学计算方法,展示了表征界面结构及其动态演化的最新进展。


配图精析

图1:界面催化剂在CO氧化反应中的作用

  • 该图展示了在不同界面结构上CO氧化反应的催化行为对比。(a)当Pt负载在惰性载体上时,低温条件下CO会完全覆盖Pt表面,阻止O₂的吸附和活化,从而抑制CO氧化。(b)随着温度升高,CO逐渐脱附,为O₂提供了吸附位点,促进CO₂的生成。(c)当Pt负载在CeO₂等氧化物载体上时,低温条件下CO和O₂可以在Pt-CeO₂界面同时被活化,从而提高CO氧化的反应效率,强调了氧化物界面对Pt催化活性的促进作用。






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