催化技术是现代化学工业的支柱，反应动力学是工业催化剂与反应器设计优化的重要基础。近日，我校太阳集团tyc539、化学工程联合国家重点实验室周兴贵教授课题组青年教师段学志教授、陈文尧博士等在传统催化反应动力学研究的基础上（主要关注宏观变量与性质），建立能准确预测催化剂结构参数对催化性能影响的纳米动力学（Nano-Kinetics）模型，为催化剂理性设计提供理论指导。相关成果以“Taming Electrons within Pt/C Catalysts to Boost Nano-Kinetics of Hydrogen Production”为题发表在中国工程院院刊Engineering。
本系列研究工作基于前期建立的通过排除金属电子效应、解析粒径效应，实现催化剂活性位点的动力学辨认方法（J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 16736-16739）；发展的通过排除粒径效应、量化电子效应，实现易实验测量的活化熵、金属电子结合能/电荷可作为催化活性描述符方法（J. Catal. 2017, 356, 186-196; 《化工学报》中华人民共和国成立70周年专刊：2019, 70, 3645-3650）；进一步结合过渡态理论与Temkin方程，量化了催化剂Pt电子结合能对动力学参数（ΔS和Ea）的影响，建立了包含催化剂活性位数目（N）和电子性质（d）的纳米动力学模型，实现对宏观催化性能的准确预测与优化调控，将动力学分析从传统的反应器设计拓展到催化剂设计。此外，创新提出了催化剂组成/结构影响与粒径效应解耦的新策略，发展了机理驱动的催化反应动力学解耦方法，研制成系列多活性位、动力学互促的碳载Pt基催化剂，并在化学制氢与生物质氧化等反应体系中使其比质量活性呈数量级提升（iScience 2020, 23, 100922; ACS Catal. 2020, 10, 11417-11429; J. Catal. 2020, 389, 492-501; J. Catal. 2020, 385, 289-299; AIChE J. 2021, e17339）。
该研究得到了袁渭康院士、周兴贵教授、挪威科技大学De Chen院士等的悉心指导，同步辐射表征方面得到了上海光源姜政研究员和司锐研究员等的大力支持。此外，该研究还得到了国家自然科学基金优秀青年科学基金项目/面上项目/青年项目、人力资源和社会保障部“博新计划”、上海教委科研创新计划自然科学重大项目、上海市“超级博士后”激励计划等项目的资金支持。