近日，上海交通大学浦江国际学院副教授贺玉莲课题组，在国际催化领域权威期刊《ACS Catalysis》发表题为“Linear Scaling Relationships between Relative Diffraction Peak Intensity and Catalytic Oxidation of Light Alkanes”(相对衍射峰强度与轻质烷烃催化氧化之间的线性标度关系)的研究论文。 研究团队通过实验与机器学习，首次提出利用常规XRD测量中的相对衍射峰强度，快速识别多晶催化剂中高活性晶面的新方法，为表面敏感催化反应的结构–性能关系研究提供了高效、普适的实验判据。
过渡金属氧化物催化剂在能源转化与环境催化中具有重要应用，其活性往往由暴露的晶面决定。然而，在多晶材料中精确识别主导活性晶面一直面临实验与理论上的挑战，传统方法依赖复杂、昂贵的表面科学与理论模拟。针对这一难题，研究团队以α-Fe2O3为模型催化剂，系统合成了八种不同形貌的样品，发现其（110）与（104）晶面的XRD相对峰强度比 I(110)/I(104) 与甲烷贫燃催化活性呈强线性相关（R2 ≈ 0.9）。该关系在不同温度与空速条件下均稳健成立，且通过Pearson相关性、置换重要性及贪心删除等多种统计方法验证了该特征的主导地位。结合XPS、Raman、EPR及CH4-TPSR等表征手段，研究进一步揭示了 I(110)/I(104) 比值不仅反映了（110）晶面相对于（104）晶面的优先暴露程度，还与氧空位浓度显著相关，从而共同促进C–H键与O2的活化。此外，该线性关系同样适用于乙烷与丙烷的催化贫燃反应，表明（110）晶面在轻烃氧化中具有一致的机理主导作用。该方法的提出，使得仅通过常规XRD测量即可快速评估多晶催化剂的表面活性晶面与预测其催化性能，避免了传统研究中所需的复杂模型构建与高端原位表征，为催化剂理性设计与高通量筛选提供了有力工具。
贺玉莲是此篇期刊论文的唯一通讯作者。浦江国际学院2022级博士生高原，为论文第一作者，学院2024级硕士生包梦瑶和2024级博士生赵长泉为共同第二作者。
论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acscatal.5c07646
作者简介
高原
浦江国际学院2022级博士生
研究方向为甲烷催化氧化、AI辅助材料设计。
包梦瑶
浦江国际学院2024级硕士生
研究方向为甲烷干重整。
赵长泉
浦江国际学院2024级博士生
研究方向为AI辅助催化剂的设计和优化。
通讯作者简介
贺玉莲
浦江国际学院、化学化工学院双聘副教授，博士生导师
“催化与AI实验室”负责人，主要研究方向为“实验-理论-AI”交叉闭环多相催化研究。2016年本科毕业于南开大学化学学院，2020年博士毕业于美国耶鲁大学，并于美国斯坦福大学从事博士后研究。入选上海市扬帆人才计划、上海领军人才（海外）。目前已在全球高水平杂志上发表论文四十余篇，包括J. Am. Chem. Soc. (4)、PNAS (2)、Nat. Commun.(1) 等；撰写书籍章节4部，担任多个杂志青年编委。
