10月13日消息,一篇发布于ChemRxiv的预印本(DOI: 10.26434/chemrxiv-2025-g3vjr/v3,作者Alex Albaugh)展示了用经典分子动力学(MD)模拟研究“催化共振”(catalytic resonance)现象的通用方法,为动态催化剂的计算设计提供了工具。
传统静态异相催化剂受Sabatier原理约束——活性受限于反应物吸附、表面反应与产物脱附动力学之间的平衡。理论预言,若在强吸附态与弱吸附态之间周期性调制表面结合能,可使催化剂突破这一上限,并在某个“共振调制频率”下达到最大周转。该研究引入一个具有时间依赖表面结合能的通用经典表面反应模型,并在非平衡分子模拟中持续加入反应物、移出产物,从而模拟大量催化循环。
模拟结果复现了催化共振现象:动态催化剂相比静态催化剂周转提升最高达三个数量级;团队还在气相体系中发现了与反应键振动共振相关的第二共振频率。该方法可扩展至更精细的模型,用于在分子尺度研究表面调制效应,并对可编程催化剂的输入频率、振幅与波形进行计算测试。
动态催化(如电化学电位调制、光诱导吸附能切换)近年从概念走向实验验证,若共振增强效应能在实验中兑现,对氨合成、CO2还原等受限于Sabatier最优值的工业催化体系将具深远意义。
(来源:ChemRxiv)