近日，我室纳米与界面催化研究组傅强研究员、包信和院士团队在两维限域催化理论研究中取得新进展，相关结果发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。
催化活性中心所处的微环境能够对催化体系物理化学状态产生限制作用，从而有效调控催化性能，这一“限域催化”效应是在多相催化中发展起来的一个新概念，在零维分子筛微孔和一维碳纳米管腔限域催化体系中得到了广泛的证实和应用（中国科学：化学 2012, 4, 355）。近年来，该团队基于表面科学的实验研究发现两维材料限域下的分子插层和催化反应增强现象（Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 4856；PNAS 2014, 111, 17023；Nano Lett. 2015, 15, 3616；ACS Catal. 2016, 6, 6814），并提出两维限域催化效应（Nat. Nanotechnol. 2016, 11, 218-230；Chem. Soc. Rev. 2017, 46, 1842）。在这些实验结果上进一步采用密度泛函理论来理解限域催化作用，发现限域状态下金属表面上分子吸附弱化这一普遍规律，该现象是由于两维材料与金属表面之间的范德华作用导致两维限域微环境中吸附分子的失稳；同时两维材料覆盖层改变金属表面上的势能分布也影响了分子吸附。这一结果说明限域微环境与催化体系的弱相互作用显著影响了反应分子在体系中的相互作用，并能够有效地调控微环境中的催化反应，为未来高效纳米催化剂的设计提供了重要的科学参考。
上述工作得到国家自然科学基金科学中心、科技部国家重点研发计划、中科院纳米先导专项和教育部能源材料化学协同创新中心（iChEM）的支持。（文/图 傅强）
