• 探讨 DACs 的几何微观结构和电子结构如何影响催化动力学和热力学

• 着重分析 DACs 的电荷转移、配位环境、旋转状态等关键因素

• 深入探究 DACs 几何结构、电子相互作用与催化机制间的构效关系

随着全球环境污染加剧以及对可持续能源的需求增加，开发有效的能源转化和污染净化策略已成为一项重要目标。高级氧化过程通过生成活性氧物种，已成为一种有前景的技术，用于高效降解有机污染物和能源转化，提供了应对日益严重的水污染和能源危机的可行解决方案。双原子催化剂 (DACs) 主导的高级氧化技术引起了广泛关注，尤其在各种催化过程中的应用，展现出了在提升反应效率和选择性方面的卓越前景。然而，关于深入探讨 DACs 的催化机制，系统揭示双原子结构配置和电子结构在催化机制中的影响，对合理的结构设计和催化反应机理的研究至关重要。本综述聚焦 DACs 的几何微观结构和电子配置在催化氧化动力学和热力学中的最新研究进展。

要点1： DACs 在催化氧化化学反应中的系统性和全面性分析

本文综述了 DACs 的全面概况，涵盖了它们的起源、发展、优势、类型及载体。还总结了常见的制备方法，包括热解、原子层沉积、球磨、共沉淀、微波辅助溶剂热法和光诱导合成。文章还讨论了关键的表征技术，如透射电子显微镜 (TEM) 、X 射线吸收精细结构 (XAFS) 、穆斯堡尔光谱学 (Mössbauer spectroscopy) 以及原位测量。探索 DACs 在多种高级氧化过程中的不同作用，提供了一种更为广泛的视角，涵盖了臭氧氧化、类芬顿反应、光/电子/压电催化以及酶模拟催化在有机物降解、灭菌、气体净化和化学转化等应用中的作用。

图1 双原子催化剂的发展历程，涵盖从兴起、演化到催化机理的深入研究。

图2 高级氧化技术在污染控制与能源转化中的应用，包括有机物处理、灭菌、废气净化和化学物质的直接转化。

要点2：催化动力学和热力学角度揭示几何和电子结构的影响机制

此外，前沿轨道理论表明，催化过程依赖于金属中心与反应中间体之间的电子转移。金属位点的d轨道占据情况直接影响反应的动力学和热力学，是催化过程中至关重要的描述因子。研究催化位点电子配置与反应动力学之间的结构-活性关系，可以揭示电子配置在调节先进氧化系统中反应中的作用。这一理解不仅深化了对催化过程的认知，还为催化剂的设计和优化提供了理论基础。在异核双原子催化剂 (DACs) 中，金属原子之间的电子分布差异及其协同效应使得催化活性、选择性、稳定性和反应路径得以精确调控。从催化氧化动力学与热力学的角度出发，深入分析并总结了 DACs 的几何微结构和电子配置，以及它们之间内在关系对催化动力学和热力学的影响，为深入理解双原子如何在原子尺度上调节催化机制提供了更为全面的视野。

图3 双原子几何微观结构对其催化性能中的动力学与热力学行为的影响。

图4 双原子催化剂的电子构型对其催化性能中的动力学与热力学行为的影响。

本综述旨在弥补之前的不足，通过对双原子催化剂 (DACs) 在高级氧化过程中的多维度全面分析，为应对环境与能源挑战提供关键解决方案。尽管以往的研究通常侧重于单一催化类型或孤立反应，但本综述通过探索 DACs 在多种高级氧化过程中的不同作用，提供了一种更为广泛的视角，首先提供了对 DACs 在各种氧化化学反应中的系统性和全面性分析，扩展了 DACs 发展的传统范式，并指出了连接微观结构与催化机制的创新路径。最后，本文还强调了 DACs 研究中的关键空白和新兴机遇，值得进一步探索和关注。本综述将为快速发展的 DACs 领域提供宝贵的指导和基础性参考。

Geometric and electronic perspectives on dual-atom catalysts for advanced oxidation processes

Bofan Zhang, Jialiang Rui, Ye Zhang, Luyu Yang, Shiro Kubuki, Yang-Chun Yong and Liang Zhang

Inorg. Chem. Front., 2025, Advance Article

https://doi.org/10.1039/D5QI00478K