吸附位点是化学、材料科学和催化反应中极为重要的概念，它不仅决定了分子在表面的吸附行为，还直接影响了催化反应的效率、选择性和稳定性。
吸附位点的种类、结构和性质在不同材料体系中表现出显著差异，因此，深入研究吸附位点的特征及其对反应性能的影响，对于开发高效催化剂、传感器、环境净化材料等具有重要意义。
吸附位点是指分子或原子在固体表面（如金属、氧化物、碳材料等）上能够稳定存在的位置。根据其几何结构和电子环境的不同，吸附位点可以分为多种类型，常见的包括：
顶位（Atop） ：吸附物位于单个表面原子的正上方，是最常见的吸附位点之一。例如，在Au(111)表面，CO分子可以吸附在顶位上。
桥位（Bridge） ：吸附物位于两个相邻表面原子之间，形成一个线性或近线性的结构。例如，在Pt3Ti(111)表面，CO分子可以吸附在桥位上。
空穴（Hollow） ：吸附物位于三个或更多表面原子的中心，形成一个空腔结构。空穴位点又可以进一步分为Fcc（面心立方）位和Hcp（六方密堆积）位。例如，在Au(111)表面，CO分子可以吸附在hollow位上。
三重吸附位（3-fold site） ：位于三个相邻原子之间，形成一个三角形的空隙。这种位点常见于金属表面的特定晶格结构中。
四重吸附位（4-fold site） ：位于四个相邻原子之间，形成一个正方形的空隙。这种位点在某些金属或合金表面较为常见。
桥位（2-fold site） ：位于两个相邻原子之间，形成一个线性的空隙。这种位点在金属表面的边缘或缺陷处较为常见。
这些吸附位点的结构差异导致了它们对不同分子的吸附能力、吸附能和吸附行为的不同。例如，在Au(111)表面，CO分子在不同吸附位点上的吸附能差异较大，某些位点的吸附能较高，而其他位点的吸附能较低。
吸附位点的结构特征不仅决定了其几何形状，还影响了其电子性质。例如，在金属表面，吸附位点的电子结构会受到周围原子的电荷分布和成键状态的影响。
在Au(111)表面，CO分子在顶位、桥位和空穴位上的吸附行为表现出明显的差异。CO分子在顶位上的吸附能较低，而在桥位和空穴位上的吸附能较高。这种差异可能与CO分子与表面原子之间的相互作用强度有关。
在某些情况下，吸附位点的电子结构还可以通过引入其他元素或基团进行调控。例如，在Pt基双金属/碳纳米纤维复合材料中，通过在碳纳米纤维表面生长双金属纳米颗粒（如Pt-Cu），可以增加碳纳米纤维表面的活性吸附位点，并促进Pt与碳纳米纤维之间的电子转移，从而提高氢气传感器的灵敏度和响应速度。
此外，吸附位点的电子结构还可以通过引入缺陷或掺杂来调控。例如，在石墨烯支持的钴簇上，CO分子主要吸附在边缘/顶部和桥/空穴位点上，而这些位点的电子结构对CO的吸附行为有显著影响。
吸附位点在催化反应中起着至关重要的作用。催化反应通常发生在催化剂表面的特定吸附位点上，因此，吸附位点的性质直接影响了催化反应的活性和选择性。
在ZnCr2O4@ZnOx催化剂中，ZnCr2O4表面和ZnOx/ZnCr2O4界面提供了二氧化碳吸附位点，而单分散ZnOx盖层则提供了氢气的均裂活化位点并形成稳定的Zn–H物种。这种双位点设计有效解决了二氧化碳强吸附抑制氢气活化的问题，从而提高了催化加氢反应的效率。
在光催化CO₂还原领域，单原子催化剂的设计也依赖于对吸附位点的精确控制。例如，中国科学院兰州化学物理研究所毕迎普团队通过将Co单原子锚定在BiOCl纳米片上，揭示了单原子Co与相邻Bi位点在光催化CO₂还原过程中的协同作用机制。
Co单原子通过从相邻Bi位点吸引电子，成为CO₂分子吸附/活化的高效活性位点，而缺电子的Bi位点则有效增强H₂O分子吸附。这种设计显著提高了BiOCl纳米片的光生电荷分离效率，并促进了CO₂的高效还原。
吸附位点在环境治理中也具有广泛的应用前景。例如，在地下水砷污染的治理中，碳酸根离子（HCO₃⁻）会竞争矿物表面的吸附位点，从而影响砷的吸附行为。研究表明，碳酸根可能占据水铁矿全部吸附位点的70%，明显减少了砷在水铁矿上的吸附。这一机制被认为是地下水砷污染的一个重要机制。
在重金属污染治理中，吸附位点的性质同样起着关键作用。例如，玉米芯水热碳@聚多巴胺复合材料通过引入丰富的羟基、羧基、儿茶酚基、醌和氨基等活性基团，提供了更多的金属离子吸附位点，从而对Cu²⁺具有优异的吸附能力。
吸附位点的表征是研究其结构和性质的关键步骤。常用的表征方法包括：
X射线光电子能谱（XPS） ：用于分析表面元素的化学状态和吸附位点的电子结构。
扫描隧道显微镜（STM） ：用于观察表面原子的排列和吸附分子的位置。
透射电子显微镜（TEM） ：用于观察材料的微观结构和吸附位点的分布。
密度泛函理论（DFT）计算：通过计算吸附分子在不同位点上的吸附能和电子结构，预测最优吸附位点。
CO₂-TPD（程序升温脱附） ：用于研究吸附剂的碱性位点和吸附性能。
例如，在Au(111)表面CO吸附位点的研究中，通过DFT计算可以确定CO分子在不同吸附位点上的吸附能，并优化其吸附结构。
吸附位点的调控是提高材料性能的重要手段。常见的调控策略包括：
表面改性：通过引入特定的化学基团或元素，改变表面的电子结构和吸附位点的性质。例如，在Pt基双金属/碳纳米纤维复合材料中，通过引入Pt-Cu双金属纳米颗粒，增加了碳纳米纤维表面的活性吸附位点。
缺陷工程：通过引入表面缺陷或晶格缺陷，创造新的吸附位点或改变现有吸附位点的性质。例如，在石墨烯支持的钴簇上，边缘/顶部和桥/空穴位点是主要的吸附位点。
界面调控：通过构建异质界面，调控不同材料之间的相互作用，从而影响吸附位点的性质。例如，在ZnCr2O4@ZnOx催化剂中，ZnOx/ZnCr2O4界面提供了二氧化碳吸附位点。
电子调控：通过调控吸附位点的电子结构，影响其对特定分子的吸附能力。例如，在Co单原子锚定的BiOCl纳米片中，Co单原子通过从相邻Bi位点吸引电子，成为CO₂分子吸附/活化的高效活性位点。
吸附位点在生物医学领域也有重要应用。例如，在细胞色素c的直接电化学研究中，羟基磷灰石修饰玻碳电极表面的多吸附位点特征促进了细胞色素c的电化学行为。
在骨修复材料中，羟基磷灰石（HA）具有丰富的吸附位点，能够与骨形成蛋白（BMP）结合，从而促进骨组织的再生。
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