南京大学 & 新加坡国立大学: 具有热力学-动力学自适应的亚稳相催化

主要观点总结

本文系统梳理了亚稳相材料在各类催化领域的前沿进展，包括其基本概念、分类、热力学-动力学适应性，以及其在电催化、光/光电催化、热/光热催化中的独特作用机理。文章还介绍了亚稳相材料的合成策略、稳定化方案，以及机器学习与自动化实验平台在亚稳相图谱构建与新材料发现方面的应用。最后，文章提出了亚稳相催化的未来发展关键方向。

关键观点总结

关键观点1: 亚稳相材料在催化领域的应用

亚稳相材料因其独特的电子结构与物理化学特性，在催化领域快速崛起。与传统方法不同，亚稳相工程通过选择特定晶相来调控材料性质，既避免了化学复杂性，又能赋予材料新的光、电、磁与催化功能。

关键观点2: 亚稳相材料的核心特征

亚稳相材料的核心特征是体系的自由能高于平衡相，但受限于动力学条件而得以存在。根据形成机制，可以分为热力学亚稳性和动力学亚稳性。它们在催化反应中表现出独特优势，如高吉布斯自由能赋予的表面强吸附活性和易重构的反应位点，以及可调d带中心改变吸附能与反应势垒，实现更高的反应速率与选择性。

关键观点3: 亚稳相材料的合成与稳定化策略

文章介绍了多样化的合成策略，如超快热冲击、湿化学、化学气相沉积、机械化学、高压与等离子辅助法等。同时，通过掺杂、空间限域、模板固定等方法实现稳定化，并展示了这些策略在催化活性、选择性及长寿命上的应用优势。

关键观点4: 机器学习与自动化实验平台在亚稳相研究中的应用

文章强调了机器学习和自动化实验平台在亚稳相材料发现与相图构建中的重要作用。通过结合第一性原理计算、高性能计算平台和深度神经网络，可以加速亚稳相材料的预测、合成路径设计及能量景观解析。

关键观点5: 亚稳相催化的未来发展关键方向

文章提出了亚稳相催化的五大发展关键方向，包括高效可控的合成与规模化、提升多环境稳定性、深入解析反应中活性相、发展先进表征方法以及构建机器学习驱动的亚稳相图谱。