2024年11月8日，大连理工大学全燮教授团队在Applied Catalysis B: Environment and Energy期刊发表题为“Modulating electronic structure of NiFe layered double hydroxide membrane by interlayer-confinement for enhanced water decontamination”的研究论文，团队成员白昊昆为论文第一作者，全燮教授为论文通讯作者。
该研究探究了纳米限域在调节催化剂电子结构方面的作用，这种作用会影响高级氧化过程（AOP）的效率。在2D NiFe层状双氢氧化物膜（NiFeM）的亚纳米层间通道内进行了基于过一硫酸盐（PMS）的高级氧化过程。层间限域NiFeM能完全去除磺胺甲噁唑，其降解速率常数为 211.67 s-1，是之前报道的纳米限域 AOPs 系统的2.6 - 946.2倍，同时还表现出较宽的pH运行范围和抗干扰能力，在25 h内具有良好的催化稳定性。理论计算表明，这种层间限域使催化剂金属d带中心上移，从而加强了对PMS的吸附以及催化剂与PMS分子之间的电子转移。该研究体现了层间限域对催化剂电子结构的调节作用，为设计具有卓越环境修复、能源转换和化学合成能力的催化剂提供了启示。
DOI：10.1016/j.apcatb.2024.124790
该研究探究了在2D层状双氢氧化NiFe膜（NiFeM）的层间限域亚纳米通道中纳米限域对催化剂电子结构调制的影响，该膜采用过一硫酸盐（PMS）作为氧化剂，因为过一硫酸盐具有产生高活性自由基SO4·-和·OH（E0（SO4·-/SO42-）=2.6-3.1 V，E0（·OH /OH-）=1.9-2.7 V）的强大能力。层间限域NiFeM显著增强了自由基暴露和污染物降解反应动力学。实验和DFT计算表明，层间限域使NiFeLDH纳米片的d带中心上移，从而促进了PMS在催化剂上的吸附，并随之促进了PMS分子中电子从金属3d轨道转移到氧2p轨道，而且随着层间间距从21.5 Å减小到3.7 Å，层间限域空间越小，限域效应越突出，从而显著降低了PMS的活化能垒。该研究证明了层间限域效应在调节催化剂电子结构以改善AOPs反应动力学方面的作用，并对设计具有纳米限域效应的催化剂以改善环境修复、能源转换和化学合成领域的催化性能提出了深刻见解。
总之，纳米限域策略被认为是一种有效方法，可推动纳米技术的发展，消除水处理过程中新出现的污染物。从根本上说，了解纳米限域效应对催化剂催化行为的影响至关重要。该研究揭示了纳米级空间（即层间限域）对催化剂电子结构的调节作用，通过上移金属d带中心来增强过一硫酸盐基AOP的吸附和电子转移，从而实现超快水净化。该研究中开发的膜平台不仅被证明是在其定义明确的纳米限域通道内系统探索纳米限域介导效应的理想范例，而且还实现了绿色、多功能和可持续的水处理。未来的研究还需要在其他方面，如限域催化剂的结构演化、催化剂与基底之间的电子金属-载体相互作用（EMSI）等，揭示纳米限域的内在机制，相信这将为催化剂的设计提供指导，从而有效消除水和废水处理中的微污染物。
■密度泛函理论DFT计算：电荷密度、态密度DOS、能带、费米能级、功函数、ELF；介电常数、弹性模量、声子谱；吉布斯自由能、吸附能、掺杂能、缺陷形成能；HER、OER、ORR、NRR、CO2RR；反应路径、反应机理、迁移能垒等
■量子化学QC计算：静电势、偶极矩、布居数、轨道特性、自旋密度、Fukui函数；激发态、跃迁偶极矩；氢键、π-π堆积、疏水作用力；过渡态、反应能垒、反应机理；红外、拉曼、荧光、磷光、核磁谱、圆二色谱等
■分子动力学MD模拟：生物体系弱相互作用分析、受体-配体组装过程、结合自由能；材料体系的高分子构象预测、材料与溶液界面性质、粗粒化模拟；轨迹分析RMSD/RMSF、径向分布函数RDF、扩散、氢键数量；分子对接；同源建模；虚拟筛选、定量构效关系QSAR
■有限元FEM仿真：结构仿真（接触分析、非线性分析、振动/疲劳/传热/裂纹/碰撞分析）；电磁仿真（电场、磁场、电磁耦合、磁热耦合、射频微波）；流体仿真（多相流体、组分运输、流体传动、相变）；光学/声学仿真相关
