AFM:双原子催化剂的协同效应和结构工程

雨辰

2020-11-20

双原子催化剂(DACs)由于其具有原子分散性质，在保持较高的原子利用效率、良好的选择性和高稳定性的同时，相邻活性位点之间的协同作用可以提高其催化活性，因此成为多相催化领域的前沿领域。

有鉴于此，香港理工大学黄海涛教授等人，综述了近年来DACs在各种催化反应中的实验和理论研究进展。

本文要点

1）介绍了双原子催化剂的实验和理论研究进展，包括合成及表征、计算模拟的方法，以及双原子催化剂在水分解、ORR、NRR和CO2RR中的应用进展，最后，对DACs未来的挑战进行了总结，并对DACs在高性能能源和环境应用领域的多相催化方面的进一步研究进行了展望。

2）双原子催化剂不仅意味着将单个原子的功能加倍，其协同效应更赋予了其超越理论性能极限的可能性，这为下一代催化剂的设计提供了启示。然而，由于实验实现上的困难，双原子催化剂的应用仍然非常有限，以下挑战亟待解决：1）精确控制双原子催化剂合成中的metal dimers，以及高级表征手段在双原子催化剂表征中的应用；2）将理论计算与实验相结合，进行机理研究。由于双原子催化剂中相邻活性位之间的协同作用，有可能新机理的提出可以更好地解释催化性能的提高，这还需要进一步的实验和理论研究；3）使用DFT计算和机器学习算法预测新型双原子催化剂。当前，有关DFT预测双原子催化剂的多数研究受限于数据集的规模，无法为实验设计提供全面的见解。将高通量DFT计算与机器学习相结合可能是将数据集扩展到更大规模的一种方法，但是对于双原子催化剂，这方面的研究还需要更多关注。

参考文献：

Yiran Ying et al. “More is Different:” Synergistic Effect and Structural Engineering in Double‐Atom Catalysts. Adv. Funct. Mater., 2020.

DOI: 10.1002/adfm.202007423

https://doi.org/10.1002/adfm.202007423