催化技術(shù)是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的支柱，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是工業(yè)催化劑與反應(yīng)器設(shè)計(jì)優(yōu)化的重要基礎(chǔ)。近日，我校化工學(xué)院、化學(xué)工程聯(lián)合國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室周興貴教授課題組青年教師段學(xué)志教授、陳文堯博士等在傳統(tǒng)催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究的基礎(chǔ)上（主要關(guān)注宏觀變量與性質(zhì)），建立能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)催化劑結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)催化性能影響的納米動(dòng)力學(xué)（Nano-Kinetics）模型，為催化劑理性設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。相關(guān)成果以“Taming Electrons within Pt/C Catalysts to Boost Nano-Kinetics of Hydrogen Production”為題發(fā)表在中國(guó)工程院院刊Engineering。

本系列研究工作基于前期建立的通過排除金屬電子效應(yīng)、解析粒徑效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)催化劑活性位點(diǎn)的動(dòng)力學(xué)辨認(rèn)方法（J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 16736-16739）；發(fā)展的通過排除粒徑效應(yīng)、量化電子效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)易實(shí)驗(yàn)測(cè)量的活化熵、金屬電子結(jié)合能/電荷可作為催化活性描述符方法（J. Catal. 2017, 356, 186-196; 《化工學(xué)報(bào)》中華人民共和國(guó)成立70周年專刊：2019, 70, 3645-3650）；進(jìn)一步結(jié)合過渡態(tài)理論與Temkin方程，量化了催化劑Pt電子結(jié)合能對(duì)動(dòng)力學(xué)參數(shù)（ΔS和Ea）的影響，建立了包含催化劑活性位數(shù)目（N）和電子性質(zhì)（d）的納米動(dòng)力學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)宏觀催化性能的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)與優(yōu)化調(diào)控，將動(dòng)力學(xué)分析從傳統(tǒng)的反應(yīng)器設(shè)計(jì)拓展到催化劑設(shè)計(jì)。此外，創(chuàng)新提出了催化劑組成/結(jié)構(gòu)影響與粒徑效應(yīng)解耦的新策略，發(fā)展了機(jī)理驅(qū)動(dòng)的催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)解耦方法，研制成系列多活性位、動(dòng)力學(xué)互促的碳載Pt基催化劑，并在化學(xué)制氫與生物質(zhì)氧化等反應(yīng)體系中使其比質(zhì)量活性呈數(shù)量級(jí)提升（iScience 2020, 23, 100922; ACS Catal. 2020, 10, 11417-11429; J. Catal. 2020, 389, 492-501; J. Catal. 2020, 385, 289-299; AIChE J. 2021, e17339）。

該研究得到了袁渭康院士、周興貴教授、挪威科技大學(xué)De Chen院士等的悉心指導(dǎo)，同步輻射表征方面得到了上海光源姜政研究員和司銳研究員等的大力支持。此外，該研究還得到了國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目/面上項(xiàng)目/青年項(xiàng)目、人力資源和社會(huì)保障部“博新計(jì)劃”、上海教委科研創(chuàng)新計(jì)劃自然科學(xué)重大項(xiàng)目、上海市“超級(jí)博士后”激勵(lì)計(jì)劃等項(xiàng)目的資金支持。