多相催化的定量物理化学：从微观动力学到多物理场反应器设计

《Bulletin of the Chemical Society of Japan》：Quantitative Physical Chemistry of Heterogeneous Catalysis: From Microkinetics to Multiphysics Reactor Design

　　

摘要

对催化的定量理解不仅需要对比表观活性。它首先需要确定所测量的反应速率代表的是本征表面化学，还是受到传质、传热、反应器几何结构或催化剂演化的影响。热催化建立了一套严格的物理化学框架来做出这一区分，并通过微动力学分析来描述本征速率，其中吸附、表面反应、脱附、覆盖度和动力学控制基元步骤均使用可独立测量的参数进行评估。在电催化中，电极电位引入了一个可独立控制的能量变量，但所测量的电流-电位行为也包含来自溶液电阻、扩散、迁移、局部pH、气泡动力学和电解质物种分布的贡献。因此，电解质工程将本征电解质性质视为定量设计变量，特别是在非极端pH条件下的缓冲体系中。光催化通过增加光子吸收、载流子生成、分离、传输以及界面电荷转移，然后才是表面催化转化，将同样的定量逻辑加以延伸。一旦本征的局部动力学、热力学和传输性质被独立确定，多物理场模拟便可以预测空间分布、产物产率和反应器性能。电子化学势可作为有用的连接能量坐标，而核心方法则是将表观催化性能定量分解为基元动力学和传输。

图形摘要

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