综述:多相受阻路易斯酸碱对催化剂的结构与反应活性

【字体: 时间:2025年08月15日 来源:Coordination Chemistry Reviews 23.5

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  这篇综述系统阐述了多相受阻路易斯酸碱对(FLPs)催化剂的构建策略与反应机制。通过整合金属氧化物/氢氧化物、二维碳材料、多孔框架等固体载体,FLPs实现了对小分子(H2、CO2等)的高效协同活化,兼具均相催化活性和多相易回收优势。文章重点解析了载体晶体结构、表面缺陷(如氧空位)和电子特性对FLPs空间构型及反应活性的调控作用,为设计下一代绿色催化体系提供理论指导。

  

摘要

多相受阻路易斯酸碱对(Frustrated Lewis Pairs, FLPs)催化剂通过空间分离的Lewis酸(LA)和Lewis碱(LB)位点协同作用,成为小分子活化领域的研究热点。其独特的"LA-Hδ–Hδ+-LB"活化机制可高效裂解H2、CO2等惰性分子,在绿色化学合成和能源转化中展现巨大潜力。

典型多相FLPs构建策略

FLPs需保持LA与LB位点间距3-5 ?以避免稳定加合物形成。金属氧化物(如In2O3)表面天然存在金属离子(LA)和氧离子(LB),通过氧空位工程可增强位点分离;二维石墨烯通过杂原子掺杂(如B/N)诱导电荷不对称分布;MOFs/COFs则利用有序孔道限域LA/LB位点。

金属氧化物载体

CeO2的氧空位可暴露高活性Ce3+(LA)与相邻O2–(LB),实现常温H2解离。In2O3-x(OH)y中In3+与表面羟基构成FLPs,将CO2光还原活性提升3倍。元素取代(如Zn2+→Ga3+)可精准调控LA酸性。

二维碳材料

石墨烯边缘B/N共掺杂位点对H2的活化能垒低至0.12 eV。施加5%拉伸应变可使石墨烯平面内sp2碳转化为sp3杂化,自发形成FLPs活性中心。

挑战与展望

当前多相FLPs仍面临载体-活性位点作用机制不明确、光热协同催化体系开发不足等挑战。未来可通过原位表征技术结合理论计算,揭示FLPs动态活化过程,推动其在人工固氮、肿瘤靶向治疗等跨学科领域的应用。

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