纳米金属催化剂具有优异的催化活性，在催化领域具有广泛的应用。但是，由于纳米颗粒自身的稳定性较差，通常需要将金属纳米粒子负载到具有高比表面积的载体材料上，从而有效分散金属纳米颗粒。研究发现，当相同的金属粒子负载到不同的载体材料表面时，会导致金属电子结构的变化，进而影响其催化活性。但是，目前的研究中关于不同载体对催化活性的影响规律尚不明确，亟需开展系统的研究已揭示载体对金属催化活性的影响机制，进而利用该机制辅助催化剂的设计开发。

图1. EMSI示意图

针对上述问题，本文利用密度泛函理论计算了镍团簇（Ni₄）与三种载体材料（CeO₂、TiO₂和BNO）之间的电子相互作用（EMSI）对乙烯催化加氢反应的影响。当Ni团簇吸附在载体表面时，由于电负性的差异，部分电子会从Ni团簇转移到载体表面，导致Ni团簇带有一定量的正电（Ni₄/TiO₂>Ni₄/CeO₂>Ni₄/BNO）。在乙烯加氢反应中，富电子的Ni₄/BNO在活化H₂和乙烯分子方面表现出优异的性能，而缺电子的Ni₄/TiO₂表现出最差的活化性能。进一步的研究发现，无论是在低或高的氢气覆盖度下，乙烯加氢的活化能与Ni团簇的正电性顺序相符。我们的研究表明，金属纳米粒子和载体材料之间的EMSI能够调节金属活性组分的带电状态和电子结构，进而影响催化剂的活性。这一发现为利用合适的载体材料设计具有所需活性的新型催化剂提供了一种潜在的途径。

作者信息：喻博完成了主要的建模和数据分析工作，王婧雯参与了计算模拟工作

文献信息：Mol. Catal., 2021, 511, 111731, DOI: 10.1016/j.mcat.2021.111731

原文链接：https://10.1016/j.mcat.2021.111731