Nat. Rev. Chem.: 多相催化中活性位点的概念

元催化

2022-10-01

2019年全球化工行业收入约为4万亿美元，其中约85%涉及催化工艺。催化中很少有东西像活性位点的概念一样重要——但又难以捉摸。活性位点使催化剂起作用。多相催化是一个多元化和高度跨学科的领域，它结合了材料和表面科学、物理、分析和理论化学、化学工程以及尤其是有机和无机化学的知识。通过将合成技术方面的先进知识、空间分辨和时间分辨分析方法的进步以及计算建模的先进理论知识相结合，可以说我们正处于理性催化剂和工艺设计时代的门口。定义“活动场所”以及决定其活动的各种参与者是概念化必要的新催化剂、概念和过程的入口，以应对现代社会面临的一些巨大挑战，例如寻求能源转型或循环社会帮助减缓气候变化。

荷兰乌得勒支大学Bert M. Weckhuysen和Charlotte Vogt在这篇综述中讨论了多相催化中一些常见方法的物理意义——并推断其有效性和有用性，例如将催化剂活性与“周转频率”联系起来，并用“周转频率”来解释催化性能。为此，我们比较了酶催化和均相催化领域的相关催化概念。

本文要点：

（1）本文从第一原理设计新的或更好的多相催化剂的关键是了解活性位点，即桥接重要的不同尺寸尺度，包括真实的反应条件等。在这里，作者探索了一些历史和最近的科学贡献，来帮助理解活动位点的概念。

（2）该综述主要关注多相热催化，它是目前和历史上应用的80%以上的催化。然而，正在进行的能源转型和随后的电气化可能会使光催化和电催化变得越来越重要，必须进行实验验证来确保本工作中讨论的概念也适用于这些领域并揭示新的相关概念。

参考文献：

Vogt, C., Weckhuysen, B.M. The concept of active site in heterogeneous catalysis. Nat Rev Chem 6, 89–111 (2022).

DOI：10.1038/s41570-021-00340-y

https://www.nature.com/articles/s41570-021-00340-y