通讯作者：Javier Pérez-RamírezBerzelius认为在催化反应过程中，催化剂的结构不会发生变化。但是真实情况是，在经历了一定时间催化反应后催化剂将失活，这种催化剂的失活经常是阻碍催化剂商业化的主要原因。目前，一项文献分析结果显示催化剂的设计而言，稳定性并不是首要的考察因素，而且通常各个催化的小领域分别以各自的方式讨论催化剂的失活。有鉴于此，苏黎世联邦理工学院Javier Pérez-Ramírez等综述报道对各种文献中出现的120种关于催化剂失活的概念进行讨论，包括异相、均相、生物催化剂，以及热、光、电等不同驱动力的催化。将相关文献中出现的各种与催化剂失活有关的概念分为14个类型，包括催化组分的损失、阻碍、修饰。通过这种统一的讨论和分析，深入的理解不同催化剂领域催化剂失活机理的区别和共同特点。作者发现，目前关于催化的基础性知识非常有限，这是因为研究催化反应本质的原位表征很少得到应用。催化剂失活的概念回溯到1976年由IUPAC提出，失活包括催化剂中毒并且受到抑制，结构老化，结焦和结垢，烧结和重结晶。作者发现异相催化剂的失活现象在各个不同领域催化剂失活现象的研究占据绝大部分。因此，分析了180个相关文献和书籍中关于催化剂失活的相关内容，发现只有4篇工作中对同时讨论了包括两种/三种不同催化剂类型的失活问题。类似的情况同样出现在关于不同驱动力的催化剂，比如很少有相关文献同时关注异相/均相热催化、电催化、光催化的多个问题。因此，作者从各个角度和不同驱动力的不同类型催化剂的失活进行统一的讨论。通过将各种机理、性质变化、相关的表征技术结合，发现使用多种表征技术对于区分催化剂的失活机理非常重要。首先对多达30000份关于催化剂失活的文献报道对催化剂的失活机制进行总结，而且其中1300份文献使用原位表征技术进行研究。定义和区分催化剂的失活模式。对广泛的文献中导致催化剂不稳定的内容进行总结，具体对180篇综述文献对不同领域关于催化剂失活现象的描述进行总结和归类，提出了描述催化剂失活的123个概念，刨除其中与催化剂结构无关的失活内容，将催化剂失活的相关机理归结为38种，随后通过其中包含的共性进一步总结至14种普适性模式。其中不同催化剂的失活模式与催化物种的损失、阻碍催化位点、修饰催化位点的一种或多种有关。通过系统的文献分析，将文献进行分类，并总结催化剂失活的普适模式，因此更好的研究催化剂的失活机理，将各个催化剂领域主要的催化剂失活机理作图总结。发现不同催化剂领域的催化剂失活是相互联系的，催化剂的失活不会因为驱动力的变化而发生较大改变，改变驱动力对催化剂失活的影响非常弱。但是不同驱动力能够调节催化反应物种的电化学势和反应，和目前如火如荼的电催化、光催化领域现状相符。作者总结了催化的普适性模型与对应的催化剂类型，这项总结有助于揭示目前催化剂失活领域受到关注最多的研究点。目前的研究中，阻挡催化剂位点受到最多的研究与关注，其次是催化位点的修饰、催化活性物种损失。在大多数情况，催化剂的失活主要是催化物种的沉积、减少、烧结。其中，催化物种沉积问题受到最广泛的研究，其中的现象包括结垢（fouling）或结焦（coking），这种现象是催化裂化、干法重整、生物油精炼等过程中的催化剂失活的主要问题。称之为催化活性相的损失的催化活性减少（depleting）问题与文献中与常见的催化剂剥离现象有关，这种催化活性降低是贵金属催化剂面临的最大挑战（比如电解槽/燃料电池中的聚合物电催化剂薄膜、Deacon催化反应中Cu催化剂的挥发）。催化剂的烧结现象包括了催化剂失活现象中的常见过程，代表了催化反应过程中催化活性物种积累形成聚集物的趋势。聚集（Aggregation）和催化剂中毒（poisoning）现象与催化剂的烧结密切相关，其中聚集主要与酶催化剂、广泛使用的金属氧化物、金属有机复合物有关，催化剂中毒一般因为反应物种的杂质导致，场景是硫或者CO对贵金属的毒化。与这些现象相比，催化剂的碎裂或再分布很少被关注和研究。与异相催化剂相比，均相催化剂失活有关的研究非常少见。催化剂的失活过程能够影响催化剂的物理化学性质，许多实验和理论计算针对此类问题进行深入研究。近些年间，催化剂失活的研究主要使用的仍是非原位表征方法，原位表征技术的使用极为罕见。特别的，对催化剂在环境条件的相关表征并不能对工作温度、压力、反应条件时的情况给出具有价值和空间分辨率/动力学分辨率的结论。在理论上的完美表征条件，观测结果应该能够对应于催化反应中间体物种的生成、对催化剂的影响、中间体的归宿，作者通过对含有原位表征技术研究的工作进行总结，发现红外光谱是最主要的原位表征技术，人大量们使用原位红外表征技术的原因是由于红外光谱对表面官能团和反应的中间体非常敏感。NMR光谱常用于表征均相催化反应，Raman光谱和XRD是红外光谱之外，最常用到的表征技术。现场（Operando）表征技术的发明对于实时观测反应机理、研究催化剂失活现象表现越来越多的重要性。为了理解非催化反应有关物种（碳质、原料中的杂质等）的沉积机理，通过先进的纳米分辨率表征技术，人们能够对单个催化颗粒的物料反应情况进行表征（比如甲醇制烯烃反应过程中物种的移动）；微米尺度（催化剂的主体）。而且能够表征非催化活性物种随时间累积的动力学过程。通过这种能力和作用，能够用于研究合成的催化剂结构/操作条件的影响，为发展合适的操作条件防止非催化活性物种的累积，改善催化剂的稳定性等。由于单一表征技术的敏感性和局限性，通常为了研究催化剂的失活，需要多种表征技术进行结合。对于不同的催化剂失活机制，可能需要选择合适的技术。导致催化活性物种损失的过程主要影响催化物种的数量和/或元素构成；导致阻碍催化位点或者修饰催化位点的过程可能影响催化剂的物理/化学性质、催化剂的稳定性、能带结构。因此，理解催化剂失活的机理需要弄清其中的复杂问题。减缓催化剂的失活需要深入理解原子尺度的机理，并且理解和研究在工业操作参数条件的失活。为了这个目标，需要设计催化剂的纯活性相（研究型催化剂）、包含各种添加剂的大面积催化剂（技术型催化剂）、反应器、操作工艺等。Martín, A.J., Mitchell, S., Mondelli, C. et al. Unifying views on catalyst deactivation. Nat Catal (2022)DOI: 10.1038/s41929-022-00842-yhttps://www.nature.com/articles/s41929-022-00842-y
