基于结构描述符的催化剂理论设计研究进展

摘要

非均相催化剂在化学工业中占有十分重要的地位,但其表面结构较为复杂,采用传统“试错法”研发高效非均相催化剂会耗费大量的实验或者计算资源.根据密度泛函理论(DFT)构建“结构描述符”定量表示催化剂“表面结构-催化性能”间的关联,通过调控催化剂结构特征即可完成催化剂的理论设计,可大幅提高催化剂的研发效率.本文以单原子催化剂、合金催化剂、颗粒催化剂为例,展示了催化剂元素组成、形貌尺寸等对催化性能的本质影响,详细介绍了不同尺度催化剂上常见的电子结构、几何结构特征参数和“结构描述符”构建过程,阐述了近些年基于“结构描述符”的非均相催化剂的理论设计研究进展,并讨论了“结构描述符”在催化剂理论设计中的局限性和未来发展方向.