在五彩斑斓的化学世界中，非均相催化一直占有一席之地。非均相催化反应不仅在化学工业中有着广泛的应用，在我们的生活中也是无处不在。譬如，这一研究涉及到汽车尾气的净化，燃料电池的使用等一系列过程。
　　随着量子力学和计算机技术的发展，理论计算在化学中的运用日趋成熟，其对非均相催化的贡献不可小视！在本次报告中，胡培君教授从历史的角度出发，结合他一直以来的科研成果和对多相催化的理解，深入浅出地给我们讲述了一个理论催化的发展故事，并展示了密度泛函理论（DFT）在催化领域内的重要作用。
　　从时间的角度出发，理论催化可以大致分为两个阶段。1990年之前，由于当时技术条件的限制，尤其是理论量子计算方法的不成熟，对非均相催化的理论研究相对闭塞。随着密度泛函理论（Density functional theory）的逐渐成熟，运用量子力学准确计算多电子体系成为可能，自此，理论研究对多相催化的贡献了质的飞跃。

运用薛定谔方程求解量子力学问题

　　其中，可被视为理论催化发展过程中的一个里程碑式的研究成果，就是胡培君教授首次运用量子力学方法计算出了固体表面基元反应的所有反应细节，即为现在众所周知的基元反应的初态（Initial state）、过渡态（Transition state）和末态（Final state）。这一研究成果解释了多相催化反应领域的第一个大问题。在对一氧化碳在铂表面氧化过程的研究中，理论研究的结果解释了实验化学家10年来都没搞懂的问题，即该反应的机理问题。这种对表面基元反应理论研究的策略已沿用至今。
　　催化活性一直是催化科研领域中的一个热议话题。在非均相催化中，一个更为基本的问题就是：为什么高活性的非均相催化反应需要一个复杂的催化结构？在对这个问题的求解过程中，胡培君教授突破了理论催化研究中催化活性与单一决速步骤的二维思路，通过微动力学模型建立三维火山型活性趋势，证明了单一催化剂结构的催化局限性以及复杂催化剂结构能对催化反应起到促进的作用。

三维火山型活性曲面
Cheng, J.; Hu, P.; J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 10868

　　与此同时，在胡培君教授的研究中，他们提出了一个探究复杂催化反应的基本方法，即两步模型。它可以通过一系列的规则，将一个由上百步基元反应组成的且互相影响关联的复杂表面催化反应简化为吸附和脱附两个最基本的催化步骤。通过这种处理之后，再加以速率分析，建立活性曲线，就可以推导出一个计算最优活性且与催化剂本身无关的解析公式。话句话说，只要确定了气相反应的反应物和生成物及反应条件，我们就能知道最好的催化剂应该具备怎样的性质，由此指导实验设计催化剂。

经典两步模型
Cheng, J.; Hu, P. J. Phys. Chem. C, 2008, 112, 1308

　　此外，理论研究在非均相催化中的优势还可以体现在对催化位点的研究上，而对于催化反应的位点问题更是可以追述到1925年。实验无法回答的一个问题就是：多相催化反应是否都需要表面缺陷？通过对非均相催化的理论研究，胡培君教授运用理论研究的优势，对一系列表面基元反应进行了计算。通过对吸附态和过渡态的分析和建模，他们发现吸附物的吸附位点、反应位点和吸附物的化合价是有紧密关系的，由此可以做到预测所有的表面基元反应发生的位点。尤其是氧原子在表面反应中的位点变化，成为了理论催化中的一个重大发现。
　　对非均相催化的理论研究不仅仅是一个理论层面上的工作，更能为解决人们在实际生活中的问题提供理论支持。
　　总而言之，在近20年中，随着过渡态方法的发展，理论研究对非均相催化的贡献有了质的飞跃。这一方向的理论研究不仅能够帮助理解实验的结果，解决实验所无法解释的科学问题。更重要的是，对非均相催化的理论研究还能帮助我们解决一系列的现实问题，譬如，对汽车尾气的储氧材料的性能研究，对燃料电池中非均相催化反应的活性与选择性的研究，煤催化中的氢气转化研究等等。这一研究将为基础工业的发展，能源的利用和环境保护作出不菲的贡献。

胡培君教授现场演讲

合影留念