多相催化实战入门：从活性位点到原位表征
课程简介
多相催化是化工、能源与环境技术的底层骨架：合成氨、汽车尾气净化、燃料电池、甲烷转化，背后都是固体表面上的吸附、活化与脱附。这门课不按反应类型罗列，而是围绕一个核心问题展开——催化剂表面到底哪个位置在干活。我们会从最经典的"金属颗粒即活性中心"讲起，再一步步走到 2026 年大连化物所的原位重构证据，看这个概念是怎么被改写的。
课程会花相当篇幅在"怎么看"上。催化研究的历史，很大程度上是表征手段的历史：X 射线衍射给出体相，电镜给出形貌，X 射线吸收谱给出配位环境，红外给出吸附态。每种手段照亮一个角落，也留下一片阴影。理解它们的边界，比记住操作参数更有用。
图1：从"有没有活性"到"哪个原子在干活"的四层递进
学习目标
- 区分体相结构与表面活性位，理解两者在催化中扮演的不同角色
- 读懂一条活性—选择性数据，判断它能否支撑"某某是活性中心"的结论
- 掌握离线表征与原位表征的适用边界，知道什么情况下必须用原位手段
- 能独立阅读一篇催化顶刊论文的"结构—性能"论证链条并指出薄弱环节
章节概览
- 第一章：催化的基本盘。吸附、活化、脱附三步；转化率与选择性的定义与常见陷阱；turnover frequency（TOF）为什么比转化率更能反映本征活性。
- 第二章：活性位点的百年之争。Taylor 1925 年的活性中心假说，到单原子催化，再到动态重构。这一章会把"静态位点"观念的形成与松动过程讲清楚。
- 第三章：表征工具箱。XRD、XPS、XAFS、环境 TEM、原位红外，各自的探测深度、时间分辨率与盲区。
- 第四章：案例精读——甲烷部分氧化。以大连化物所 2026 年 Nature Catalysis 论文为线索，逐条拆解"金属 Ni 不是活性中心"这个结论需要哪些证据才能成立。
- 第五章：计算与实验的对接。DFT 能给什么（能垒、吸附能、态密度），给不了什么（真实反应条件下的覆盖度演化）；计算结果如何与实验互相校准。
- 第六章：自己动手做一次论证。给定一组转化率和表征数据，判断能否下结论；设计一组对照实验把竞争性解释排除掉。
适合谁
化学、化工、材料方向的本科生与研究生，以及需要读懂催化文献的产业界研发人员。要求具备大学基础化学与基本的物理化学概念，不要求量子化学背景——涉及计算的部分会从"计算结果怎么用"的角度讲，不推导公式。