阐发：本文采算科技系统先容了Lewis酸碱位点的基本主意、分类与量化措施，重心阐发了其在沸石、MOF等固体材料中的结构骨子与催化作用，并参谋了受阻Lewis对及多种表征技艺。
什么是Lewis酸碱
Lewis在1923年提议电子对受体/供体界说，Lewis酸是一种大略接纳来自Lewis碱的电子对的化学物种，后者充任电子对的供体。
即Lewis碱是大略提供一双电子的物种（电子对供体），而Lewis酸则是大略接纳一双电子的物种（电子对受体）。Lewis碱具有其最高占据分子轨谈（HOMO），不错向其他物种捐赠电子对；而Lewis酸则不错通过其最低未占据分子轨谈（LUMO）接纳电子对。
图1Lewis酸和Lewis碱DOI：10.32657/10356/69303
不同于Brønsted酸碱依赖质子迤逦，Lewis界说强调的是轨谈间电子对的重新分散，因此具备杰出无机、有机、金属相助物与固体材料的粗豪适用性。举例，典型的金属离子中心常算作Lewis酸，因其d轨谈空白大略接纳电子；而含有孤对电子的氨分子或氧阴离子则阐述为Lewis碱。这一Lewis界说基于化学键表面。
最小的Lewis酸是质子H+，其他典型的Lewis酸包括：Fe3+、BH3、AlF3、SiF4、PCl5等。典型的Lewis碱包括：水、醚、酮、一氧化碳等。Lewis酸与Lewis碱反应酿成的产品是一个配位化合物，其中金属（离子）是Lewis酸，而配体是Lewis碱。
Lewis酸碱分类及量化判据
在判据方面，Hard-Soft Acid-Base（HSAB）表面为Lewis酸碱提供了更细巧的分类：硬酸硬碱通过静电作用荟萃，软酸软碱则依赖轨谈能量匹配与共价相互作用。
表1 按照HSAB原则分类的Lewis酸
此外，酌量者提议了多种实验圭臬来量化Lewis酸碱强度，如氟离子亲和力（FIA）、受体/给体数（AN/DN）、探针分子红外频移、31P核磁化学位移等。这些判据的中枢在于开采从电子结构到实验信号的可比酌量，使得Lewis酸碱性不再是苟且的主意，而成为可度量的物理量。
图2 基于方程式推导得出的硼烷及以N、O、S、P为中心的Lewis碱的实验性Lewis酸碱性标度DOI：10.1002/chem.202003916
举例，UiO-66中Zr位点对TMP的31P化学位移与CeO2名义的氧空位电势分散，皆能转动为具体的Lewis酸度办法。进一步来说，Lewis酸碱性还不错通过筹谋化学措施来展望，举例运用前列分子轨意旨酷好酷好意旨酷好酷好论筹谋酸的LUMO能级和碱的HOMO能级，并荟萃电荷迤逦模子分析受体–供体作用强度。这些酌量束缚拓展了Lewis表面的适用范围。
图3 （a）TMP吸附于样品后的1H-31P交叉极化谱，图均分别标出了物理吸附、Lewis酸位点和Brønsted酸位点所对应的信号（b）1H-31P二维异核关连谱（c）UiO-66笼结构的深刻图及TMP在其中的吸附构型DOI：10.1038/s41467-022-32809-9
固体名义Lewis位点的结构骨子
沸石算作典型的多孔材料，其Lewis位点多源自三配位铝中心或框架颓势。在齐备的四配位铝框架中，Al时常阐述为中性，但当因脱羟或颓势导致Al失去配位时，会暴涌现电子颓势，从而成为Lewis酸中心。
红外光谱与固态核磁实考据明，三配位Al对探针分子CO和吡啶具有特有的荟萃特征。此外，Brønsted酸位点（桥羟Si(OH)Al）与Lewis酸位点常在沸石孔谈中相近存在，二者协同作用大略褂讪反应过渡态并降粗劣垒。
举例，在芳烃烷基化与烯烃异构化反应中，Lewis酸位点提供电子受体作用，Brønsted酸则通过质子化活化底物，二者的相助显耀普及催化效果。机理上，这种“酸对协同”效应大略通过空间相近与能级匹配加以诠释，棋牌牛牛成为沸石高效催化的关节身分之一。
图4框架关联铝的可逆四配位–六配位构型调节过火对Brønsted酸性与Lewis酸性的影响DOI：10.1039/D0SC06130A
MOF中的Lewis位点与颓势工程
金属有机骨架（MOF）材料为Lewis酸碱酌量提供了可遐想的模子体系。以UiO-66为例，其Zr6团簇节点在理思情况下透顶弥漫，但试验合成中常出现相连体缺失，这会透露配位不弥漫的Zr中心，酿成Lewis酸位点。
与此同期，颓势的存在会引入μ-OH基团，阐述为Brønsted酸位点。这类Lewis/Brønsted双位点的共存不仅拓展了材料的化学万般性，也为催化提供了多通谈反应旅途。
运用TMP/TMPO探针分子的31P固态NMR实验，酌量者已毕了Lewis位点和Brønsted位点信号的定量诀别。此外，领受不同尺寸的磷氧探针（如TMPO、TBPO、TOPO），不错进一步诀别颓势孔谈的可达性与连通性。
机理酌量标明，颓势引导的Lewis位点在CO2吸附、氨拿获及有机转动反应中具有进军作用。DFT筹谋进一步揭示了电子密度在颓势Zr位点的再分散，诠释了其较高的吸附能与反应活化才智。
图5（a）UiO-66 TEM（b）理思与颓势型UiO-66的XRD（c）31P探针分子的化学结构深刻图DOI：10.1038/s41467-022-32809-9
受阻Lewis对（FLP）与固体名义Lewis酸碱耦合
受阻Lewis对（Frustrated Lewis Pair，FLP）领先源于分子化学范围，指强Lewis酸与强Lewis碱因空间位阻无法相互中庸，从而保执活性并协同作用于小分子。
图6 受阻Lewis对深刻图DOI：10.1007/s12045-014-0120-0
典型案例是有机磷碱与三氟化硼的组合，它们大略在不酿成褂讪加合物的前提下活化H₂分子。这一主意被拓展至固体材料体系，尤其是氧化物名义。
举例，在CeO2中，氧空位的酿成导致相邻Ce中心电子贫化（Lewis酸）与邻位氧富电子（Lewis碱）同期存在，而由于空间与几何适度，它们不会透顶中庸，从而阐述出相通FLP的特质。
电荷密度分散与电子局域化函数（ELF）的筹谋明晰娇傲了酸碱位点的电子不均匀性。这些固体FLP位点大略有用活化H2和CO2，在加氢、脱氢和二氧化碳转动等反应中阐述出特有上风。
机理上，H₂分子在FLP位点隔邻被极化并裂解为H⁺与H–，分别被Lewis酸和Lewis碱拿获，显耀缩短了反应能垒。这种机制不仅在CeO₂中获得了考据，在其他金属氧化物和杂化材料中也有粗豪报谈。FLP主意的提议极地面拓展了Lewis酸碱化学的范围，使其大略诠释和带领一系列新的催化风物。
图7CeO2固体FLP上H2吸附/解离的能垒与旅途DOI：10.1038/ncomms15266
Lewis位点的表征与定量
对Lewis酸碱位点的表征措施多种万般，其中谱学措施最为中枢。红外探针法运用吡啶或CO分子，通过吸附后的振动频率变化来诀别Lewis与Brønsted位点，而且不错通过温变脱附实验分级酸强度。
图8 吸附水前后的吡啶在Ti、Al、Zr-SBA-15材料上的FT-IR光谱（所示材料主要娇傲出Lewis酸中心）。DOI：10.1039/x0xx00000x
在表面圭臬上，Lewis酸度不错通过氟离子亲和力（FIA）、局域静电势分散以及LUMO能级筹谋获得，这些参数径直反应了位点对电子对的接纳才智。通过将实验与表面荟萃，酌量者大略从结构、能量和电子分散三个维度妥洽形容Lewis位点，并与试验催化反应性能开采定量关系。
回来
Lewis酸碱表面从电子对角度界说了酸碱性，粗豪应用于多相催化与材料化学。文中通过具体材料揭示了Lewis位点的结构起首、协同催化机制过火表征措施棋牌牛牛，体现了表面与实验的荟萃。