异质结电催化剂: d带中心调控的基本原理与案例分析!

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单原子催化剂的配位结构和d带中心在电催化中扮演着至关重要的角色。d带中心的位置决定了催化剂表面与反应物分子之间的相互作用强度，进而影响电催化反应的活性和选择性。

碳基单原子催化剂的配位结构及其原子表征

https://doi.org/10.1016/B978-0-443-19256-2.00002-8

d带中心的位置可以通过调整催化剂的组成、结构和电子态来实现。当d带中心向费米能级移动时，催化剂表面与反应物分子之间的相互作用增强，有利于反应的进行。相反，当d带中心远离费米能级时，相互作用减弱，可能导致反应活性降低。在电催化领域，通过精确调控单原子催化剂的d带中心位置，可以优化催化剂的性能，提高反应效率和选择性。

图2d带中心理论态密度（DOS）分布及能级耦合示意图【5】。

https://doi.org/10.1016/B978-0-443-19256-2.00006-5

基本原理

d带中心理论：

能量影响：当过渡金属表面与小分子发生化学吸附时，过渡金属的d带与小分子的轨道会发生混合，形成成键态和反键态。d带中心的位置对催化活性有关键影响，因为它决定了反键态的能量，从而影响化学结合能力。

吸附能力：d带中心越接近费米能级，表示材料对反应物的吸附能力越强，这与催化反应的活化能及选择性密切相关。

界面电场调控：

通过界面电场调控d带中心，可以改善催化剂的吸附性能。例如，在WS2-WO3异质结中，界面电场使活性W位点的d带中心上移，增强了对中间体的吸附能力。再如， Fe3O4/CeO2 中的 3d-4f之间的轨道耦合效应可以显著地调节3d过渡金属的d带中心和亲电性，以增强电催化剂的本征活性。

具体案例

Fe3O4/CeO2异质结：异质纳米粒子Fe3O4/CeO2原位锚定在氮掺杂碳纳米纤维中: Fe 3d-Ce 4f轨道耦合工程调控异质纳米粒子中Fe位点d带中心，助力高效电催化氧还原. 调节金属d带中心可以有效地改变催化剂对反应中间体的化学吸附行为。

10.26599/NR.2025.94907016

WS2-WO3异质结：

北京化工大学的研究团队利用WS2-WO3异质结中的界面电场调控d带中心，改善了W位点对中间体的吸附性能，增强了催化剂的活性和选择性。

DOI: 10.1002/anie.202303794

这些案例展示了通过调控d带中心，可以有效提升电催化剂的性能和选择性，为设计和开发新型高效电催化剂提供了理论基础和实践指导。