用作催化剂的氧化物的例子:三氧化钼粉(左)和五氧化二钒粉末(右)。来源:Wikimedia, W. Oelen (CC BY-SA 3.0)
氧对研究人员来说是一种非常麻烦的元素，因为它很容易与大多数其他元素发生反应，形成不需要的化合物。另一方面，氧化物作为多相催化剂在许多化学反应中得到广泛应用，正是因为具有同样的反应性。
催化剂是一种物质，它能提高化学反应的速率，而自身不发生任何永久性的化学变化。均相催化剂与反应物和产物处于同一相，通常为液体。相反，非均相催化剂以不同的相存在，通常为固体。因此，与均相催化剂相比，多相催化剂更容易从反应后的产物中分离。
根据要触发的化学反应，使用不同类型的催化剂。例如，主要用于破坏挥发性有机化合物和一氧化碳的氧化催化剂通常含有钒氧化物和钼氧化物。酸性催化剂主要用于有机化学反应，可含有钨氧化物和磷酸盐。广泛用于生物柴油生产的碱性催化剂通常含有氧化镁和氧化锌。
与通常的假设相反，非均相催化剂的整个表面不参与化学反应。只有某些被称为“活性部位”的区域被涉及。因此，计算催化剂的活性位点可以让研究人员确定反应发生的速度。(具体来说，他们可以确定反应翻转频率[TOF]，或单位时间内每个表面位点有多少分子发生反应。)
采用化学吸附探针的滴定方法，如H2阿,2CO和N2O是计算负载型金属催化剂上活性位点数量的标准方法。然而，这些方法在氧化物催化剂上并不成功，因为化学吸附探针在金属上的效果很好，但在氧化物上的吸附效果并不好。
幸运的是，在20世纪80年代的文献中出现了一种测定氧化物活性位点数量的方法。研究人员发现甲醇(CH3.OH)，以及其他小的醇，在氧化物催化剂上，使他们能够计算活性位点的数量，并提供结构反应性信息。(例子在这里，在这里，在这里,在这里．)
尽管有了这一发现和一些由此产生的进展，甲醇化学吸附仍然不常用来表征氧化物催化剂。“因此，大多数氧化物催化文献只是将数据表示为定性选择性vs．转换图，而不是确定TOF值……这代表了催化学界研究氧化物催化剂的一个错过的机会，”以色列·e·瓦希在最近的一篇纸．
Wachs是G.惠特尼斯奈德化学和生物分子工程教授和主任Operando分子光谱与催化研究实验室利哈伊大学。在最近的论文中，Wachs通过提供关于不同类型的氧化物催化剂氧化甲醇的表面位点密度和相应TOF值的现有数据来扩展这一错过的机会。
作为免责声明，Wachs注意到，引用的许多数据来自于他自己实验室进行的实验(1)允许一套定义明确的氧化物催化剂的一致性(2)因为大多数定量甲醇化学吸附的出版物自2000年以来都来自他的实验室。他补充说:“当这些数据可用时，还将与其他小组发表的研究结果进行比较。”
Wachs将综述分成三部分，重点关注三种类型的氧化物催化剂:无负载纯大块氧化物(单组分氧化物)，负载氧化物(单组分和多组分)和无负载大块混合氧化物。
无负载催化剂是指整个催化剂结构由催化材料组成的催化剂。负载型催化剂是将催化材料粘在另一种具有高表面积、提供机械稳定性的材料上的催化剂。
以下是迷你回顾中的一些亮点。
单组分氧化物上的活性位点比金属上的活性位点少
各向同性单组分氧化物的典型活性位点数约为0.7 × 1015网站/厘米2约为金属的一半(约1.2 × 1015网站/厘米2)．这一发现归因于氧化物表面的位置密度小于金属表面的位置密度。
各向异性单组分氧化物(如MoO)表面活性位点数3., V2O5ZnO的含量更低，约为0.1 × 1015/厘米2．这一发现归因于由于协调饱和部位的存在，活跃的暴露表面面要少得多。
负载与不负载混合大块氧化物TOF值的异同
对于氧化还原催化剂，负载氧化物和相应体积混合氧化物的TOF值非常相似，因为它们具有共同的配位配体。相比之下，酸性催化剂的TOF值有很大的不同，大块混合氧化物更活跃。
超越目前氧化物的扩展空间
迄今为止，研究人员主要关注氧化催化剂的钒和钼氧化物，以及酸催化剂的钨氧化物。Wachs说，未来的研究需要扩大催化剂中使用的氧化物的数据库，并建议其他氧化还原阳离子(如铬酸盐、铼酸盐)和酸性阳离子(如铌酸盐、铝酸盐)作为可能性。
这篇论文，发表于催化学报,是“氧化物催化剂的表面位点数和翻转频率”(DOI: 10.1016 / j.jcat.2021.12.032)。