带电状态如何影响催化剂的催化性

中国地质大学（武汉）的韩波副教授和程寒松教授以铂团簇催化剂（Pt_n, n=2, 4, 6, 8）为模型，通过计算化学方法系统的研究了具有不同带电状态的Pt团簇对氢气（H₂）的催化解离行为。研究发现，团簇带负电时，对H₂的吸附解离能力明显强于电中性及带正电的情况。其原因是解氢反应需要由团簇提供电子到H₂的反键轨道，带负电的团簇拥有更多的电子，促进了上述电子转移过程。

此外，当达到H₂饱和吸附时，带负电的团簇能够容纳更多H₂，在催化加氢过程中将提供更多的活性H原子，加速反应过程。随着团簇尺寸的增大，由于所带电荷被均分到各个Pt原子上，使得带电状态不同导致的性质差异逐渐减小，最终与电中性的团簇相当。这一研究结果加深了对“团簇模型能否模拟实际催化剂的催化性能”这一争论的认识：对于尺寸较小的团簇，电荷对催化过程有较大影响，应结合实际带电状态来研究其催化性能；对于尺寸较大的催化剂，电荷的影响已经不明显，可以使用电中性的团簇进行模拟。

这一研究成果发表于《ACS Catalysis》上。

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acscatal.5b00689