中国科学家发文展望金属催化剂电子结构调控发展路径

近日，华东理工大学化工学院教授段学志、特聘研究员陈文尧团队受邀在《美国化学会志》上发表“前瞻性（Perspective）文章”，系统总结并提升了d带模型在真实催化体系中的理论内涵与实践路径，不仅厘清了d带模型在真实催化体系中的适用边界，也为下一代电子结构描述符的构建和应用奠定了重要理论基础。

近年来，研究团队围绕催化剂电子结构调控与介观动力学耦合开展了系列原创性研究，并在国际上率先提出并系统发展了“介观动力学”研究方法，强调在原子尺度电子结构与反应器尺度性能之间，引入可表征、可计算、可调控的中间尺度描述符，从而实现对复杂催化体系的理性设计与精准调控。

该文章以经典Hammer–N?rskov d带模型为起点，回顾了应变效应与配体效应通过调控d带中心实现催化性能优化的理论基础，并进一步指出，传统“刚性d带”假设在强界面相互作用和显著电荷转移条件下存在内在局限。

文中系统引入了“柔性d带”概念，强调d带填充度、带宽及其与d带中心的协同变化在决定吸附与反应行为中的关键作用，为解释文献中长期存在的不同甚至相互矛盾的实验结论提供了统一的物理框架。

围绕“从理论到实践”的主线，文中则重点总结了近年来在d带结构实验表征方面的重要进展，系统比较了多种谱学手段在区分d带中心与d带填充方面的优势与局限。同时，文中阐明了不同反应环境、反应物成键特性及催化剂组成条件下电子结构描述符的“主控切换”现象。相关分析表明，单一电子描述符已难以全面刻画复杂催化行为，构建多描述符协同的电子结构设计范式势在必行。

在此基础上，作者进一步提出将多维d带描述符与高通量计算、机器学习模型及原位/工况谱学手段深度融合，形成“表征—理论—数据驱动”协同的介观动力学理性设计新路径，为突破传统活性–选择性权衡限制、实现复杂反应体系的精准调控提供了可行思路。

相关论文信息：https://doi.org/10.1021/jacs.5c17673