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Gabor A. Somorjai: 分子催化科学——对催化统一理论的展望
Gabor A. Somorjai: 分子催化科学——对催化统一理论的展望
www.dicp.ac.cn    发布时间:2017-02-28 16:55    栏目类别:科学家论坛

撰文:Rong Ye; 编辑:ZSH
前言:
    今天来跟大家分享一下G. A. Somorjai课题组发表在PNAS上的一篇Perspective,
论文题目为:Molecular catalysis science: Perspective on unifying the fields of catalysis, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2016, 113, 5159-5166. doi: 10.1073/pnas.1601766113. 顺便借这篇文章跟大家介绍下Somorjai课题组的一个主要研究方向。

分子催化科学的两大突破
    分子催化科学在过去20年间取得了两个重大突破。一个突破是纳米材料科学的发展: 金属纳米粒子、介孔金属氧化物等多种纳米材料的颗粒尺寸可以被精密地控制在 10纳米以内;另一个突破是光谱与电镜技术的革新。和频产生(Sum-frequency Generation Spectroscopy)等非线性光谱学、环境气压X射线光电子能谱学(Ambient pressure X-ray photoelectron spectroscopy) 等基于同步辐射光源的光谱学、以及高压扫描隧道显微镜(High-pressure scanning tunnelingmicroscope)等探针显微镜的出现与崛起,为催化反应条件下的分子级别的表征提供了技术手段。

大催化理论
     催化剂通常分为异相催化剂、均相催化剂、酶催化剂三类。一般情况下,三类催化剂的有效单元的尺寸皆介于1-10纳米之间。异相催化剂,顾名思义,指催化剂和反应物处于不同的相,如固-气或固-液相;均相催化剂与反应物处于同一相中,大多数是液相;酶催化剂是指具有生物催化功能的高分子物质,通常在水溶液中活性最高。
    作者的催化研究囊括分子催化研究的各方面:纳米催化剂的合成,在催化反应条件下对其进行表征,测试反应速率、选择性、失活过程等动力学参数。作者希望通过分子催化科学的前沿研究来佐证:催化的三个领域(异相催化、均相催化、酶催化)在分子级别上是共通的。

这篇文章很好地概括了Somorjai课题组的一个主要研究方向——Molecular Catalysis,下面简单跟大家介绍一下具体包括哪些内容:
A. 纳米颗粒的尺寸、形状的可控合成

B. 纳米颗粒的尺寸、形状对催化反应的反应速率、选择性的影响

C. 催化剂表面的原位表征技术

1) 和频产生光谱、环境气压X射线光电子能谱

2) 扫描隧道显微镜、X射线光电子能谱、X射线吸收光谱

E. 金属氧化物载体对催化的重要影响

  本文中,作者提出:三类催化剂的在分子层面上是相似的。三者皆由纳米尺寸的无机、有机组分构成,均受到电荷、配位环境、原子间距、活性原子的取向等分子因素影响。通过调控催化组分以及分子因素,建立杂化三种催化类型的复合体系,可期为多路径多产物类型的反应带来独特的最终产物选择性。
催化剂复杂性与催化选择性的演变示意图

小编评述:“大”催化理论,即能够将传统均相,多相,酶催化实现统一的催化理论,一直是催化研究人员梦寐以求的。而目前一些非常热门的研究,包括单原子催化等都被认为是非常重要的突破口。

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