欧美色盟,色婷婷AV一区二区三区之红樱桃,亚洲精品无码一区二区三区网雨,中国精品视频一区二区三区

近日，華東理工大學(xué)化工學(xué)院段學(xué)志教授應(yīng)美國(guó)化學(xué)協(xié)會(huì)Accounts of Chemical Research雜志主編Cynthia J. Burrows教授的邀請(qǐng)，撰寫(xiě)了題為“Mesokinetics as a Tool Bridging the Microscopic-to-Macroscopic Transition to Rationalize Catalyst Design”（Acc. Chem. Res., 2022, 55, 3230-3241）的綜述論文，系統(tǒng)總結(jié)了研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出的介觀動(dòng)力學(xué)研究方法及其指導(dǎo)催化劑設(shè)計(jì)方面的研究進(jìn)展（圖1）。該介觀動(dòng)力學(xué)是以微觀動(dòng)力學(xué)分析為基礎(chǔ)、采用宏觀動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)單模型形式，介乎于微觀動(dòng)力學(xué)和宏觀動(dòng)力學(xué)之間的動(dòng)力學(xué)，這里的微觀、介觀和宏觀沒(méi)有具體對(duì)應(yīng)的尺度，區(qū)別只在于包含的催化劑結(jié)構(gòu)和機(jī)理信息的不同。該介觀動(dòng)力學(xué)模型包含了易于實(shí)驗(yàn)測(cè)量的催化劑的微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)（如催化劑活性位數(shù)目、電子結(jié)合能/電荷等）和機(jī)理信息（如吸附、活化態(tài)及分布），能夠準(zhǔn)確描述與預(yù)測(cè)工況條件下催化劑結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)宏觀催化性能的影響，因而可用于指導(dǎo)工業(yè)催化劑的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

圖1：介觀動(dòng)力學(xué)視角下的催化劑設(shè)計(jì)

催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是工業(yè)催化劑和催化反應(yīng)器設(shè)計(jì)優(yōu)化的基礎(chǔ)，主要包括催化反應(yīng)機(jī)理和速率方程兩部分。在進(jìn)行反應(yīng)器設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)時(shí)，只需要速率方程以計(jì)算指定溫度和濃度下的反應(yīng)速率；但在建立速率方程時(shí)，為了減少實(shí)驗(yàn)工作量，保證反應(yīng)速率計(jì)算的準(zhǔn)確性和可靠性，還要求速率方程能正確反映催化劑表面的物理化學(xué)過(guò)程，這時(shí)就要深入研究催化反應(yīng)機(jī)理。但這里所說(shuō)的催化反應(yīng)機(jī)理，盡管涉及催化劑表面的吸附、脫附、反應(yīng)基元步驟，也只是將反應(yīng)溫度和濃度/壓力與反應(yīng)速率關(guān)聯(lián)起來(lái)，甚至還可與催化劑顆粒內(nèi)的傳遞過(guò)程關(guān)聯(lián)起來(lái)，但并不涉及催化劑的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，因而難以用于指導(dǎo)催化劑的設(shè)計(jì)優(yōu)化。反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是化學(xué)反應(yīng)工程的核心之一，把催化劑的宏觀反應(yīng)條件（溫度、壓力）和宏觀反應(yīng)結(jié)果通過(guò)反應(yīng)機(jī)理聯(lián)系起來(lái)。如果對(duì)反應(yīng)機(jī)理的研究進(jìn)一步深入，將催化劑的微尺度結(jié)構(gòu)與物理化學(xué)過(guò)程通過(guò)數(shù)學(xué)關(guān)聯(lián)起來(lái)，就可用于指導(dǎo)催化劑的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

論文一方面創(chuàng)新發(fā)展了催化反應(yīng)速率解析的方法，采用原位光譜/動(dòng)力學(xué)分析與多尺度模擬相結(jié)合的研究手段，實(shí)現(xiàn)基于動(dòng)力學(xué)分析的催化劑活性位與催化描述符辨認(rèn)。另一方面，提出了“自下而上”的電子效應(yīng)研究策略（圖2），定量關(guān)聯(lián)了“金屬-載體表界面相互作用-反應(yīng)機(jī)理-速率決速步的動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)信息-催化性能”之間的關(guān)系，從分子層面闡明了金屬-載體間的電子相互作用根源及其對(duì)催化動(dòng)力學(xué)行為及反應(yīng)機(jī)理的調(diào)控機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了高活性和選擇性的催化劑設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。

圖2：碳載貴金屬催化劑“自下而上”的電子效應(yīng)研究策略

負(fù)載型金屬催化劑的反應(yīng)速率（r）可表達(dá)為活性位數(shù)量（Ni）與活性位活性（TOFi）之積，即r=Ni×TOFi。論文將基于催化劑幾何與電子結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)表達(dá)式導(dǎo)入反應(yīng)速率方程，從而獲得包含金屬催化劑活性位數(shù)量（N）與活性描述符（d）的介觀動(dòng)力學(xué)模型（圖3）。該模型能準(zhǔn)確定量催化劑微觀結(jié)構(gòu)對(duì)宏觀催化性能的影響，是模型催化劑和真實(shí)催化劑之間的一個(gè)“橋梁”，也是架起催化劑微觀結(jié)構(gòu)和宏觀催化性能之間的“橋梁”，促進(jìn)了催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究向縱深發(fā)展，為基于動(dòng)力學(xué)分析的催化劑理性設(shè)計(jì)提供重要理論基礎(chǔ)。

圖3：Pt催化CO氧化的介觀動(dòng)力學(xué)建模方法

華東理工大學(xué)陳文堯特聘研究員為論文的第一作者，段學(xué)志教授為通訊作者。該研究得到了袁渭康院士、周興貴教授與挪威科技大學(xué)De Chen院士等的悉心指導(dǎo)。此外，該研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目/優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目、上海市教委科研創(chuàng)新計(jì)劃自然科學(xué)重大項(xiàng)目、上海市科委科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.accounts.2c00483