催化剂的限域特性是指在催化反应中，通过物理或化学手段将催化剂或反应物限制在特定的空间或界面内，从而对其电子结构、反应活性和选择性产生显著影响的一种现象。
限域可以来源于封闭的纳米空腔、金属-氧化物界面、碳纳米管、纳米孔道等多种结构形式。这种限域效应能够改变催化剂的物理化学性质，使催化反应在限域空间中表现出更高的活性和选择性。
限域特性的科学原理
纳米空间限域：在封闭的纳米空腔中，反应物和催化剂受到空间的限制，导致其物理化学性质发生变化。例如，反应物分子在限域空间中可能具有更高的有序性，从而促进催化反应的进行。此外，限域空腔还能稳定亚稳态活性结构，选择性富集反应分子，显著提升催化性能。
DOI：10.1021/acsnano.0c09661
金属-氧化物界面限域：金属与氧化物之间的界面可以提供一种特殊的电子环境，限制并稳定配位不饱和的活性中心。例如，贵金属与氧化物载体之间的界面限域效应能够通过电子限域作用，使催化剂始终保持“活跃”状态，从而提高催化反应的效率 。
DOI：10.1021/jacs.3c13355
碳纳米管限域：碳纳米管的内腔可以作为微型反应器，提供一种独特的限域环境。这种限域效应能够显著增强催化反应的活性和选择性。例如，碳纳米管限域的钯钼超细纳米线在氧还原反应（ORR）中表现出优异的催化性能 。
DOI：10.1021/jacs.3c03128
金属有机框架（MOFs）限域： MOFs具有规则的孔道结构，能够通过限域效应调控反应物的分布和反应路径。例如，MOFs限域的Cu/ZnOx超小纳米粒子在CO₂氢化反应中表现出高活性和选择性。
DOI：10.1021/jacs.7b00058
限域特性在催化中的应用
CO₂加氢反应：在CO₂加氢反应中，氧化物载体（如TiO₂）表面能够提供限域环境，驱动In₂O₃颗粒在反应气氛中单分散为高活性InOx纳米层结构。这种限域效应显著提高了催化性能 。
DOI：10.1021/jacs.3c13355
燃料电池中的CO脱除：在质子膜燃料电池（PEMFC）中，Pt-FeOx催化剂通过界面限域效应实现了氢气中微量CO的高效去除。这种催化剂能够完全去除CO，解决了燃料电池催化剂中毒失活的问题 。
合成气直接制低碳烯烃：在合成气直接制低碳烯烃的过程中，金属-氧化物界面限域效应通过稳定氧化物催化剂表面的配位不饱和活性中心，提高了合成气中一氧化碳解离和加氢形成中间体的活性，从而实现高选择性的一步反应 。
乙炔半氢化反应：在乙炔半氢化反应中，纳米金属/氧化物界面（如Pd/Bi₂O₃）能够通过电子转移显著削弱乙烯吸附，同时不影响氢活化，从而在低温下实现高选择性和高转化率。
DOI：10.1038/s41467-021-25984-8
光催化：在光催化反应中，限域效应能够通过调变流体性质和电子转移特性，提高光催化效率。例如，石墨相氮化碳（g-C₃N₄）纳米管膜的限域孔道能够显著增强光催化反应的活性。
DOI：10.1021/acsnano.0c09661
限域特性的科学意义
限域特性不仅在催化反应中表现出显著的优势，还为催化基础理论的发展提供了新的视角。通过限域效应，科学家能够更精确地控制催化反应的路径和产物，从而实现更环保、更高效的化学过程。此外，限域特性的研究还推动了纳米材料和界面科学的发展，为未来的技术创新奠定了基础。