近期一项研究指出，在羰基化反应中，铑（Rh）以“适中尺寸”的簇形态存在时可获得更高催化活性。研究认为，这类既非单原子也非大尺寸纳米颗粒的中等尺度结构，是提升催化效率的关键因素。相关成果已发表于《ACS Catalysis》，并被选为封面文章。

该研究由蔚山国立科学技术院（UNIST）能源与化学工程学院安光镇教授团队牵头，并与首尔国立大学韩正宇教授合作完成。研究人员报告称，当铑以约10个原子组成的簇形式存在时，其反应速率与催化活性均优于单原子分散形态以及纳米颗粒形态。

羰基化是塑料、洗涤剂等多种化学品原料生产中的重要工业过程。研究指出，当前不少铑催化剂仍以均相体系为主，即催化剂溶解于液体反应体系中，这使得反应后分离与回收更为复杂。由此，开发更易回收、可重复使用的固态多相铑催化剂成为重要方向。

在催化领域，金属颗粒尺寸被普遍视为影响性能的关键变量。此前常见观点认为，单原子催化剂（SACs）因可最大化暴露活性位点数量而可能最为高效。但该研究给出了不同结论：团队发现，约十个原子构成的铑簇在活性与稳定性之间实现了更好的平衡。研究中，将铑簇负载于氧化铝（Al₂O₃）载体后，催化性能出现明显提升。

为比较不同形态铑物种的表现，研究人员制备了多组不同铑负载量的催化剂，负载范围为质量分数0.05%至5%，从而获得以单原子、簇以及纳米颗粒为主的样品，并结合实验与理论计算对其反应行为进行分析。

研究结果显示，性能差异与铑物种对羰基化关键反应物一氧化碳（CO）的相互作用有关。研究指出，反应的限速步骤涉及CO插入中间体；铑簇对CO的结合强度处于“恰当区间”，既能促进该限速步骤，又不会阻碍后续反应推进。相比之下，单原子铑与CO结合过强，导致反应进展受阻；而纳米颗粒与CO结合过弱，使反应活性受到限制。

研究团队表示，上述发现为理解催化剂尺寸与电子性质如何影响反应路径提供了依据，并为设计稳定、高性能的固态多相铑催化剂提供了思路，包括在金属—载体相互作用、氧化还原稳定性以及簇结构完整性等方面的优化方向。