化学反应动力学当中的碰撞理论认为，一个成功的化学反应，其反应分子必须具有足够的取决于反应温度的能量和正确而有效的碰撞取向。对于一个催化反应来说，表面反应当中吸附物种的碰撞取向不可能是随机的，多数是由催化中心的相邻性决定的。这一点对于具有多重催化中心的催化反应尤为重要。催化中心相邻性（Catalytic Site Contiguity）的概念是王辉教授小组首先提出来的。二氧化碳催化转化的反应大都牵扯到两个或更多的催化中心，比如在干法重整反应中，碱性中心出来活化CO2，金属中心出来活化甲烷；比如在加氢反应和逆水煤气变换反应当中，碱性中心出来活化CO2，金属中心出来活化氢等等。基于催化中心相邻性的概念性思考，本文对近几年来发表的关于CO2催化转化的代表性论文包括本组的工作进行了简呃而浅显的评价。如图所示，碱性中心和金属中心的好的相邻性，包括合适的碱性强度，一定的金属颗粒大小，可使吸附物种相互接触并碰撞的双中心的排列及距离等，都对催化剂的活性，选择性和稳定性等表现起决定性的作用。而一个不好的相邻性很可能是催化剂积碳失活的罪魁祸首。对附载与反向附载的Cu/ZrO2和ZrO2/Cu的比较，说明统计意义上Cu包围ZrO2的排列更有利于加氢反应中甲醇的生成。当然，相邻性概念的成熟和提高还有待于对催化中心在原子分子水平上的认知以及催化中心相邻性在化学物理意义上的规范。
论文信息
A Specific Review of CO2 Catalytic Conversion Reactions Based on the Concept of Catalytic Sites Contiguity
Jingye Chen, Prof. Xu Zhao, Dr. Mohsen Shakouri, Prof. Hui Wang
ChemCatChem
DOI: 10.1002/cctc.202400287
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