催化剂的结构敏感性研究是异相催化领域的关键课题，对合成与改善催化剂的性能非常重要，但是由于目前人们难以得出金属纳米粒子催化剂活性位点的具体结构，导致对催化剂结构敏感性相关研究一直难以得到进展。有鉴于此，埃因霍芬理工大学Ivo A. W. Filot等报道原子分辨量子化学计算，通过量子化学数据训练的立场，研究Co纳米粒子形貌与大小之间的关系，基于模式识别（pattern recognition）算法鉴定了表面原子重排与费托反应关键步骤的CO分子解离过程有关，当纳米粒子的粒径在1~6 nm，催化C-O键切断的反应基元步骤的活化能能垒随着纳米粒子粒径增加而提高，通过费托反应的微动力学模型，作者在计算模拟过程中重现了费托反应的实验趋势。对于粒径更大的纳米粒子，台阶纳米岛结构的稳定性增加，因此台阶边缘位点的稳定性提高。

本文要点：

（1）

对费托催化反应中使用的Co纳米粒子催化剂建模考察催化反应的趋势需要多种不同时间尺度进行模拟，作者在本文中对Co纳米粒子的表面组成、纳米粒子的粒径与费托反应活性之间的关系进行模拟并建立关系。该过程包括四个步骤：基于自旋极化DFT计算结果得到的一系列结构、能量数据建立催化剂表面结构关系；通过煅烧-分子动力学模拟优化纳米粒子形貌；通过模式识别（pattern recognition）算法举例不同结构的表面原子活性位点；通过丰富的结构位点与CO消耗反应计算结果之间的关系，得出结构敏感性趋势变化。

（2）

通过一系列催化计算，发现两个重要结论：较小的纳米粒子表现更高程度畸变界面；当催化剂的粒径增加，含有台阶边缘结构的晶面增加，此类结构对切断C-O键的反应性非常高。

参考文献

Michel P. C. van Etten, Bart Zijlstra, Emiel J. M. Hensen, and Ivo A. W. Filot*, Enumerating Active Sites on Metal Nanoparticles: Understanding the Size Dependence of Cobalt Particles for CO Dissociation, ACS Catal. 2021, 11, 8484–8492

DOI: 10.1021/acscatal.1c00651

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.1c00651