通过DFT计算、标度关系、机器学习模型结合，能够对界面反应参数进行合理预测，但是微动力学模型的构建需要反应过程相关理解。近期发展的反应机理生成软件RMG（reaction mechanism generator）能够进行异相催化反应机理研究，RMG作为一种开源软件能够通过使用者给出的起始反应条件出发给出比较详细的可能反应机理。通过现象标度关系，RMG软件能够对吸附物的热力学进行预测，在广泛的金属表面构建微动力学模型。此类研究结果提供了一种非常简单、计算花费较合理的方法，用于计算不同金属表面的吸附能变化情况。通过建立反应模拟，作者不仅能通过对每个反应的结合能对反应速率的控制程度绘制“火山图”，同时能够筛选可能具有特定性质的新型可能催化剂。

有鉴于此，美国西北大学Emily J. Mazeau、Richard H. West，布朗大学C. Franklin Goldsmith等报道通过RMG软件对甲烷部分氧化反应进行研究，发现当反应气体中C/O比例在0.8时，催化剂对C、O的结合能分别为-6.75 eV、-5.0 eV，合成气的产率达到最高值。

本文要点：

（1）

作者考察了Rh(111)晶面上的反应情况，以近期相关报道的Pt(111)晶面上的吸附物种热力学结果作为标度关系，通过Cantera开源软件模拟化学反应动力学、热力学、传质等。建立了81种不同结合能的金属表面，考察每种金属表面的反应决速步骤控制情况。

（2）

敏感性分析（Sensitivity analyses）结果显示，尽管O₂分子解离吸附具有最大程度的反应速率调控能力，单个反应、反应器环境之间的相互作用情况仍非常复杂，导致不同金属催化剂上的动态决速步骤有所区别。

（3）

通过分别对-2.0~-7.5 eV的碳吸附能、-1.5~-6.5 eV的氧吸附能的金属催化剂，考察C/O反应气体范围在0.6~2.6之间变化，反应温度在400~2000 K区间内变化的情况中的反应情况变化规律。当C/O比例提高，CH₄的转化率降低，当C/O的比例在0.8~1.0之间，得到最高的合成气选择性。作者在Rh(111)计算结果与以往的实验结果很好的相互印证，说明RMG表现了较好的反应预测和评价功能。

（4）

作者分析发现，O₂吸附在界面上对反应情况影响最大，当金属界面变化时，能够导致正面或者负面效应。其他的反应能够在一定程度上影响火山图的部分区域。反应Rh(s) + CH₄ + O(s) ⇋ CH₃(s) + OH(s)是导致反应中CH₄保持较高转化率的同时导致完全氧化的重要关键反应。

参考文献

Emily J. Mazeau*, Priyanka Satpute, Katrín Blöndal, C. Franklin Goldsmith*, and Richard H. West*, Automated Mechanism Generation Using Linear Scaling Relationships and Sensitivity Analyses Applied to Catalytic Partial Oxidation of Methane, ACS Catal. 2021, 11, 7114–7125

DOI: 10.1021/acscatal.0c04100

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c04100