on style="box-sizing: border-box;">▲DOI: 10.1016/S1872-2067(21)63899-8近日，《催化学报》在线发表了吉林大学邹晓新教授团队在金属异相催化领域的最新综述文章。该工作综述了轻原子的活性调控作用、影响因素、引入策略、研究方法，以及在不同催化应用中的研究进展。论文第一作者为：陈辉，论文通讯作者为：邹晓新。贵金属广泛用于多相催化研究，对于诸多具有重要科学意义和工业应用价值的化学反应展现出优异的催化活性和选择性。引入轻合金元素(如C, H, B和N)，可以调控贵金属的晶体结构和电子性质，是进一步提高贵金属催化性能的重要策略。与传统的金属合金催化剂相比，这种轻元素合金化的催化剂具有一些独特性，为贵金属原子结构和电子结构的调控以及催化性能的优化带来了更多的可能性。轻合金元素研究的主要瓶颈在于其原子尺寸小、分布不均匀、难以直接观察和精准控制，从而限制了对活性提升机制和构效关系的研究。近几十年来，纳米合成技术和材料表征技术的长足发展使得轻合金元素改性的催化剂研究渐入佳境。此外，计算化学在结构分析和催化应用中的日趋成熟为揭示轻合金元素对贵金属晶体结构、电子结构和催化性质的调控作用提供了有力工具。本综述将近二十年来轻原子在贵金属催化中的研究进展进行了梳理。（1）阐述了轻原子如何影响催化反应性能（配体效应、应力效应、电荷转移、晶相转变、次表面化学和集团效应等），总结了轻元素合金效应的主要影响因素(包括轻元素的种类、位置、浓度和有序度等)。（2）讨论了轻元素的主要实验引入策略，以及用于揭示轻元素合金效应的先进实验表征、理论研究方法和原理。（3）介绍了不同轻元素改性的贵金属基催化剂在催化反应中的广泛应用，并试图建立其结构特征与催化性能之间的密切联系。（4）对于当前该领域存在的挑战和未来的发展前景进行了分析，以期促进该合金体系的合成、理解和催化应用。轻原子在贵金属催化中具有多重活性调控作用（图1），主要包括：(1)晶相转变：轻元素的引入能够改变金属原子的堆积模式，产生有利于催化反应的晶相结构；(2)电荷转移：轻元素和母体金属的电负性差异能够导致电荷重新分布，影响金属的电子结构；(3)应力效应：轻元素的引入会导致金属晶格膨胀，产生拉伸应力，引起电子结构变化；(4)配体效应：轻元素的sp轨道和金属的d轨道杂化，引起d带中心下移，降低表面吸附性质；(5)集团效应：轻元素的引入能够孤立金属原子，产生特定的表面金属位点，有利于促进催化反应；(6)次表面化学：在氢相关的催化反应中，次表面的间隙轻元素能够阻止氢的渗入，抑制活性衰减或不利的副反应发生。越来越多的研究致力于在贵金属催化剂中构建具有特定类型、位置和数量的轻合金元素。根据轻元素来源的不同，轻元素掺入策略主要可分为四类（图2）：(1)催化过程中原位生成，以反应物或生成物为轻元素来源。在某些催化反应中，气态反应物或产物(如H2、NH3和炔类)中的C、H和N原子可以吸附在金属表面并迅速渗透到金属晶格中，从而形成金属氢化物、碳化物和氮化物。(2)轻元素从载体向载体金属的迁移，诱导轻元素掺入。贵金属与含有轻元素的载体之间的相互作用能够引起轻元素向载体金属的迁移。(3)湿化学还原法。含有轻元素试剂的选择至关重要，它们不仅是轻原子的来源，而且常常还充当还原剂。(4)固相合成方法。适用于结构有序金属间化合物(如硼化物和硅化物)的合成，制备的合金材料缺陷少、结晶度高、结构稳定性好。含轻原子的贵金属在很多催化反应中表现出很强的性能提高，已成为多相催化领域的一个重要方向。涉及的催化反应主要包括（图3）：电催化，如HER、CO2RR、NRR、ORR、OER和小分子(乙醇、甲醇、甲酸等)氧化反应(SMOR)等；热催化，如炔加氢、CO2加氢、NH3合成和氧化等。通过对轻合金元素种类的分类（H, B, C, N等），总结了近年来在催化应用方面取得的最新成果，重点介绍了一些具有指导意义的工作。文章指出了轻元素调控的贵金属催化剂未来的发展方向（图4），概括如下：(1)开发更精确可控的轻元素掺入策略; (2)合理阐明轻合金元素与宏观催化性能之间的关系; (3)发展新型的轻元素改性催化剂; (4)扩展轻元素改性催化剂的催化应用范围。邹晓新，吉林大学教授、博士生导师，主持基金委优秀青年科学基金项目，入选国家“万人计划”青年拔尖人才和化学会“青年人才托举工程”计划。长期从事氢能源材料化学研究，通过交叉无机固体材料的结构化学、合成化学及催化化学，揭示材料设计与性能的原子结构基础，发展新型催化材料。在JACS、Angew. Chem., Adv. Mater., Nat. Commun.等学术刊物上发表SCI论文80余篇。http://www.zouxxgroup.com/Hui Chen, Bo Zhang, Xiao Liang, Xiaoxin Zou *, Chin. J. Catal., 2022, 43: 611–635 (点击链接到Elsevier网站，下载全文）
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