摘要：双原子催化剂由于其独特的电子结构和活性位点，在众多催化反应中展现出优异的性能。本文综述了双原子催化剂中轨道杂化的类型及其对催化剂性能的影响，并详细阐述了d带中心调控的策略及其在改善催化活性、选择性和稳定性方面的意义。通过对相关研究的总结分析，展望了双原子催化剂在未来催化领域的发展方向。
关键词：双原子催化剂；轨道杂化；d带中心；催化性能
一、引言
双原子催化剂是由两个不同或相同的原子组成的活性物种，它们以独特的化学键结合方式存在于催化剂体系中。与传统催化剂相比，双原子催化剂具有明确的活性位点、可调节的电子结构等优势，在氧化还原反应、加氢反应、二氧化碳转化等众多重要催化过程中发挥着重要作用。
二、双原子催化剂的轨道杂化
（一）杂化类型
- sp杂化
在一些金属 - 非金属双原子催化剂中，如金属 - 氢体系，金属原子的s轨道和p轨道会发生sp杂化。例如，在某些过渡金属氢化物中，金属原子的sp杂化轨道有助于与氢原子的1s轨道相互作用，形成化学键。这种杂化方式可以影响氢气的吸附和解离过程，从而影响催化活性。
- d - p杂化
对于过渡金属 - 非金属双原子体系，过渡金属原子的d轨道和非金属原子的p轨道之间的杂化较为常见。以金属 - 氧双原子催化剂为例，金属原子的d轨道与氧原子的p轨道杂化，形成新的杂化轨道来参与反应物的吸附和活化。这种d - p杂化能够调整活性位点的电子云密度，改变反应的活化能。
例如，FeSn双原子位点中p 区 的锡原子和d 区 的铁原子之间形成强大的p-d轨道杂化，引发电子离域，从而降低*OH质子化的能垒，最终增强该催化剂的ORR反应活性。
Journal of the American Chemical Society 期刊 发表题为 “ p-d Orbital Hybridization Induced by Asymmetrical FeSn Dual Atom Sites Promotes the Oxygen Reduction Reaction ” 的 研究论文
（二）轨道杂化对性能的影响
- 活性影响
合适的轨道杂化能够优化活性位点与反应物之间的相互作用。例如，在某些氧化反应中，d - p杂化可以使反应物分子更好地吸附在活性位点上，降低反应的活化能，从而提高催化活性。
- 选择性影响
轨道杂化的方向和程度会影响反应物的吸附构型。不同的吸附构型可能导致不同的反应路径，从而影响产物的选择性。比如在碳氢化合物的选择性氧化中，特定的轨道杂化可以使催化剂对特定碳氢键进行选择性活化。
三、d带中心调控
（一）调控策略
- 配体调控
选择不同的配体与双原子催化剂结合是一种常见的调控d带中心的方法。例如，在金属有机框架（MOFs）中嵌入双原子催化剂时，通过改变MOFs的配体结构，可以调节双原子活性位点的电子结构，进而改变其d带中心位置。
- 掺杂调控
对双原子催化剂体系进行掺杂也是一种有效的手段。在金属 - 金属双原子催化剂中，掺杂少量的其他元素可以改变金属原子之间的电子转移情况，从而调整d带中心。例如，在一些贵金属 - 过渡金属双原子催化剂中，掺杂少量的稀土元素可以优化其d带中心位置。
（二）d带中心调控对性能的影响
- 活性改善
当d带中心靠近反应物的费米能级时，反应物更容易被活化。例如在加氢反应中，将d带中心调整到合适的位置可以使氢气分子更容易吸附并解离，提高加氢反应的速率。
- 选择性控制
d带中心的位置决定了活性位点对不同反应物的吸附能力差异。通过调控d带中心，可以选择性地吸附和活化特定的反应物分子，从而实现产物的高选择性合成。例如在二氧化碳加氢制甲醇的反应中，合适的d带中心调控可以提高甲醇的选择性而抑制其他副产物的生成。
四、结论与展望
双原子催化剂的轨道杂化和d带中心调控是深入理解其催化性能的关键。通过对轨道杂化类型的研究以及d带中心调控策略的探索，我们能够更好地设计和优化双原子催化剂。然而，目前仍然存在一些挑战。例如，在复杂反应体系中对轨道杂化和d带中心变化的精确测量和理论模拟还不够完善。
未来的研究需要进一步发展先进的表征技术，如原位光谱技术等，以更准确地研究双原子催化剂在反应过程中的电子结构变化。同时，在理论计算方面，需要发展更精确的计算方法来预测不同调控策略下双原子催化剂的性能。
此外，将双原子催化剂应用于大规模工业生产还需要解决其稳定性和成本等问题。随着研究的不断深入，双原子催化剂有望在更多的催化领域发挥重要作用，为解决能源、环境等全球性问题提供新的解决方案。
参考文献
[1] Wang, Y., & Liu, J. (2020). Recent advances in bimetallic catalysts: Synthesis, properties, and applications. Chemical Society Reviews, 49(1), 384-408.
[2] Li, X., & Yang, X. (2021). Regulation of d-band center in bimetallic catalysts for enhanced catalytic performance. Advanced Materials, 33
