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ACS Catal综述: 缺陷型催化剂分类、识别、表征、构建

纳米技术

2020-09-05

异相催化在现代工业中具有重要意义，开发高活性、廉价、高稳定性的催化剂在异相催化反应中是重要问题，近些年间许多研究者通过多种方法合成了大量缺陷型催化剂，并探索了其中的缺陷位点对催化活性的重要意义。有鉴于此，湖南大学王双印等报道了异相催化中缺陷的识别、理解、应用等问题，并同时介绍了缺陷位点在催化反应中的基本概念、位点结构和表征、控制合成缺陷位点对高效催化合成的促进。此外，作者对异相催化的前景进行展望。

本文要点：

（1）

基本概念。固体材料中的缺陷位点标志着晶体结构中的畸变，并且根据不同的范畴和方法能够分为多种不同结构。从空间层次，缺陷包括：零维、一维、二维、三维缺陷。从缺陷的点结构区分，缺陷包括：点、线、界面、体相缺陷。从缺陷所在位置区分，缺陷包括：空位缺陷、间隙缺陷、置换缺陷、反位缺陷等。

通过以上缺陷结构的调控，能大幅度对材料的结构、电子结构改变，并有效的促进催化性能提升。由于对缺陷位点结构和活性之间的关系，需要对缺陷位点的结构和其对应性质关系深入理解。

（2）

作者介绍了催化结构位点的表征方法：XRD、XPS等光谱学方法，其中XPS作为对表面结构更加敏感的表征技术，能够对催化剂中界面化学价、成键情况进行分析。XAS表征技术开始在展现出对结构能够进行有效的表征。SEM、TEM、AFM、STM等成像表征方法，通过这种成像技术，能够对缺陷位点的形成过程，并展示局域电子结构的变化。此外，STM能够对催化剂上吸附气体分子的过程进行分析，一些原位表征成像技术能够对缺陷位点结构成像、分析吸附分子的电子态变化情况、在催化反应过程中界面真实原子结构变化。

（3）

目前，对缺陷在催化反应过程中的动态演化、以及对催化过程深入理解受到更多关注。缺陷位点会引发催化剂界面上结构重构，这种缺陷位点动态变化的过程进而变成缺陷型异相催化剂中一个新研究热点。随后作者还讨论了通过催化活性中心相互作用调控催化活性。

（4）

构建缺陷位点的方法：直接合成缺陷位点、后处理修饰法（化学刻蚀、物理刻蚀）。作者认为目前亟需开发适用于大批量合成缺陷催化剂的方法。