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第一作者：Franklin Tao
通讯作者：Franklin Tao，Miquel Salmeron
通讯单位：堪萨斯大学，劳伦斯伯克利国家实验室
论文链接：
DOI:10.1126/science.adq0102
摘要
本综述文章深入探讨了异质催化剂在固体-气体或固体-液体界面上的反应过程中表面重构现象，这一现象对催化剂的反应机理理解及预测性设计提出了挑战。由于反应过程中表面原子的不饱和键合结构，催化剂表面会发生结构变化，包括表面组成的变化、原子堆积的改变、原子的偏聚、组分的脱合金化以及氧化物涂层的形成。文章强调了对催化剂表面重构机制的理解是实现催化剂预测性设计的关键，并展望了计算研究和机器学习方法在这方面的潜力。
研究成果
堪萨斯大学Franklin Tao以及劳伦斯伯克利国家实验室Miquel Salmeron教授合作在《Science》上发表了题为“Surface restructuring and predictive design of heterogeneous catalysts”的论文，研究团队通过现代光谱学和显微镜技术，对异质催化剂在反应条件下的表面结构进行了深入研究。发现大多数催化剂表面在催化条件下的结构与反应前后有所不同，这种差异主要是由表面重构引起的。研究还揭示了表面组成和氧化状态主要由气体环境的性质控制，通过改变反应气体的性质可以调节双金属催化剂的表面，从而优化其催化性能。
论文亮点
1.表面重构机制的探讨：文章详细讨论了催化剂在反应条件下可能发生的表面重构类型，包括压力驱动的重构、气体环境变化引起的重构以及温度驱动的重构。
2.预测性设计的可能性：提出了通过计算研究和机器学习方法来预测催化剂表面重构的可能性，为设计更高效、更稳定的催化剂提供了新的思路。
3.结构与性能的关联：探讨了催化剂的表面结构与其催化性能之间的关联，强调了理解这种关联对于催化剂设计的重要性。
图文导读
图1.压力驱动金属模型催化剂、单金属纳米粒子（NPs）和双金属NPs在反应气体中的表面重构
图 2.反应气体性质变化驱动的表面重构。
图 4.催化反应期间由温度引起的表面重构。
结论
本研究的成果启示了催化剂设计的新方向，即通过深入理解催化剂在实际反应条件下的表面重构机制，可以预测和设计出具有更优活性和选择性的催化剂。这对于化学生产、能源转换和环境可持续性等领域具有重要意义。
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