自然界中有大量的多功能、高效的催化剂，如氧化还原酶，科学家们希望能够模仿合成催化剂。一种方法是通过金属-有机配体调节分子催化剂，但分子催化剂在能源领域的实际应用仍面临巨大挑战。

有鉴于此，美国太平洋西北国家实验室Yuyan Shao、王勇、Oliver Y. Gutiérrez和Jun Liu等人，展示了一种基于金属-金属氧化物-碳三结纳米结构（ZrO₂/Pd/碳）的稳定的无机催化剂，该结构模仿了酶的高效质子运输功能。

本文要点

1）合成了一系列具有三结纳米结构的ZrO₂/Pd/C催化剂，旨在通过ZrO₂的酸碱性质和类似的质子传递在分子催化中获得新的功能。金属氧化物可调节金属的局部酸性环境，并提高其质子传输，有效吸附底物和加速电子转移的能力。

2）ZrO₂域增加了Pd附近质子的可用性，这可以从不含苯甲醛的电解质中增强的HER和CO氧化电位的负迁移中看出。还发现Pd和ZrO₂之间的紧密接触和界面相互作用也调节了Pd的电子性质。

3）使用苯甲醛的电催化加氢（ECH）作为模型反应，结果表明，在三结纳米结构催化剂上，金属对加氢反应的固有活性提高了200％以上。金属和金属氧化物在三结点处的组合实现了多功能，这是有效催化复杂反应（例如有机分子的ECH）所需的。

总之，该工作证明了合理设计多组分纳米结构催化剂以在合成催化剂中实现类似酶的性能的潜力。

参考文献：

Yuanyuan Chu et al. Tuning Proton Transfer and Catalytic Properties in Triple Junction Nanostructured Catalysts. Nano Energy, 2021.

DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106046

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106046