综述：催化中的电子转移：从基础原理到应用策略
《Chemical Society Reviews》：Electron transfer in catalysis: from fundamentals to strategies
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时间：2025年11月08日
来源：Chemical Society Reviews 39
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电子转移是催化过程的核心机制，涉及热催化、光催化、电催化和机械催化的不同原理。本文构建了电子动态的通用框架，系统解析电子行为在晶体场理论、分子轨道理论中的表现，并探讨电荷、轨道、晶格和自旋等参数的材料工程策略。最后提出自旋电子和跨学科方法作为新兴方向。
催化作用的本质在于电子的转移，这种转移驱动了化学键的断裂与形成。理解电子的基本属性对于提高催化过程的效率至关重要。这篇综述性文章提供了一个系统且易于理解的框架，将电子的基本原理及其动态特性应用于各种催化场景中。首先，我们总结了电子行为的基础原理，包括自由电子、分子系统的分子轨道理论以及催化剂材料中的晶场分裂理论。接下来，我们阐明了控制关键催化过程的基本原理：热催化中的阿伦尼乌斯方程、光催化中的能带结构理论和电子-空穴复合现象、电催化中的活性位点电子结构及吸附机制，以及机械催化中的压电效应。在此基础上，我们提出了一个通用框架，用于理解电子在表面和体材料内部的转移动态。随后，我们探讨了当前的材料工程策略，并根据电荷、轨道、晶格和自旋等基本参数对这些策略进行了分类。最后，我们强调了新兴的研究方向，特别关注了电子自旋的未充分探索的潜力以及跨学科方法在推动能源技术发展方面的作用。通过提供清晰的物理视角和有条理的知识体系，本文旨在弥合基础物理学与化学反应之间的差距，促进跨学科合作，并推动能源领域的创新。
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