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    [Nature Communications] 我室程俊教授课题组在金动态团簇相变催化研究方面取得重大进展

    2019年11月28日

        近年,97之源视频共享程俊讲课课题组在金动态团簇相变催化研究方面取得重大进展,相关成果以Solid-to-liquid phase transitions of sub-nanometer clusters enhance chemical transformation”为题在线发表于《翩翩·报道》(Nature Communications, 2019, 10, 5400)。    

        1925年Taylor谈及催化冷水性位的定义后,艺术家们就致力于表征活性位点的微观组织,并懂得活性位点的原子特殊排列是如何加快化学反应。近来,越来越多之区位条件学和显微学表征以及电子结构计算研讨表明在反应过程中催化剂组织是在不断变动。催化剂动态结构演化往往发生在全面时间尺度,而基元影响往往发生在/皮秒之年月尺度,故而在研讨基元反应过程时催化剂活性位组织仍然把认为是变态以不变应万变的。但是如果催化剂结构动态变化的年月尺度与化学反应的年月尺度一致名将会出现什么情况呢?在此之前还未有研讨干活从这一角度来研究催化剂组织动态转移对基元反应的影响。

          程俊讲课课题组首次结合起来算分子动力学模拟和自由能计算方法详细研究了模型基元反应与金团蓬动态结构演化耦合效应,准确计算沿反应坐标的释放能曲线,拥有反应自由能变化和能垒。穿越系统钻研不同温度下的释放能的转移,着眼到反应自由能随温度上升异常降低,并且发现反应熵变在一定温度区间出现一个类高斯分布的壮烈峰值。进一步理论分析说明,这一奇异熵变是由基元反应过程中团簇发生了准一级固-液相变造成的。如图1所示,在亚纳米团簇催化剂上,影响物种的吸烟状态(下反应物经过渡态至产物)可以变动团簇的相变温度,进而导致反应在一定温度区间,蛋簇从动态变成液态,相变导致的壮烈熵增使得反应自由能骤降,推动反应进行。


    贪图1 蛋簇固液相变引起的特别反应熵的转移示意图。

          同时,在模型负载催化体系Au/MgO也发现这一现象,表明这一理论计算发现的相变催化现象很可能广泛存在于具体催化过程中。对不同种类反应的研讨表明,这种相变催化作用会有大小不同,表明他对催化选择性会有影响。这一研究工作的要害体现在对局域化学反应与广域化学环境(含催化材料)的纷繁长程耦合作用(特别是熵效应)谈及一个新的诠释,也为生物酶催化中蛋白质动态结构演化的重中之重作用提供一些新的思路。

         该研究工作在程俊讲课指导下形成,大学生孙娟娟为根本作者。该研究工作得到国家自然科学基金委“水晶基能源转化利用的催化科学”首要研究计划培育项目的支持。

    舆论链接:https://www.nature.com/articles/s41467-019-13509-3

     

    
       
       
       
       
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