近日，我校催化反應工程團隊段學志教授和曹約強特聘研究員在層狀雙金屬氫氧化物（Layered Double Hydroxides, LDHs）基催化劑研究方面取得重要進展。受國際知名學術期刊Angewandte Chemie International Edition邀請，結(jié)合團隊近年來基于LDHs材料的系列研究工作回顧總結(jié)了LDHs及其衍生催化劑在精準催化領域的研究進展，撰寫了題為“Layered Double Hydroxides as Building Blocks for Precise Catalysis”的綜述論文，深入探討了其在光、電、熱催化中活性位點精準調(diào)控方面的應用，為設計高效、穩(wěn)定的新型催化劑、推動可持續(xù)能源轉(zhuǎn)化與綠色化工發(fā)展提供借鑒。

作為一類獨特的二維層狀材料，LDHs在多相催化領域具有獨特優(yōu)勢，其層板陽離子可調(diào)性、層間陰離子可交換性及結(jié)構(gòu)拓撲轉(zhuǎn)變特性，使其既可作為高效催化劑載體，又可作為多功能催化劑前驅(qū)體合成多種金屬和金屬氧化物催化劑。近期研究表明，通過焙燒/還原過程的精準調(diào)控、界面工程及組分優(yōu)化等手段，可對LDHs衍生催化劑活性位結(jié)構(gòu)實現(xiàn)原子級調(diào)控，從而顯著提升催化活性與選擇性。這些原子級結(jié)構(gòu)調(diào)控特性不僅賦予LDHs衍生催化劑在電催化、選擇性加氫、脫氫及合成氣轉(zhuǎn)化等反應中的優(yōu)異性能，其固有層狀結(jié)構(gòu)與金屬-載體強相互作用也可有效抑制金屬燒結(jié)與溶出，顯著提升催化劑的穩(wěn)定性。這些獨特優(yōu)勢為深入解析催化機制、精準調(diào)控活性位點及高性能器件開發(fā)提供了理想的材料平臺。

盡管基于LDHs構(gòu)筑的多相催化劑在原子級精準催化中表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，但仍面臨反應條件下結(jié)構(gòu)與中間體演化機制不明、構(gòu)-效關系缺乏可推廣模型，以及經(jīng)驗驅(qū)動設計制約高性能催化劑開發(fā)等挑戰(zhàn)。未來研究需從材料合成、原位/工況條件表征、理論模擬及機器學習等多角度出發(fā)，系統(tǒng)揭示LDHs及其衍生結(jié)構(gòu)的動態(tài)演化與活性位點生成機制，構(gòu)建可推廣的原子級構(gòu)-效關系模型。通過多尺度模擬與高通量實驗相結(jié)合，有望將催化劑設計由經(jīng)驗驅(qū)動轉(zhuǎn)向預測驅(qū)動，加速高性能LDHs基催化劑的篩選與創(chuàng)制。在應用前景方面，LDHs衍生催化劑在光、電、熱催化及綠色能源轉(zhuǎn)化器件中具有很大潛力，其固有的層狀結(jié)構(gòu)、組分高度可調(diào)特性及強金屬-載體相互作用，有望推動其在可持續(xù)能源轉(zhuǎn)化（如綠色燃料合成）與高端化學品合成領域中的廣泛應用。

該論文的第一作者為葛小虎博士，通訊作者為化工學院催化反應工程團隊段學志教授和曹約強特聘研究員。論文研究工作得到了袁渭康院士、陳德院士和周興貴教授的悉心指導。此外，該研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金和上海市教委/科委等項目的支持。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.202517103