振荡驱动催化的非平衡理论框架与普适设计原理
统计力学
2023-08-21 v3
摘要
在稳态环境条件下，催化剂的反应速率可能受热力学定律限制，且某些性能永远无法实现（例如，催化剂不能改变反应物与产物之间的自由能差）。然而，已有报道表明，如果环境快速变化，催化剂可被驱离稳态并表现出异常性能。我们提出一个通用的几何非平衡理论，以描述和解释快速振荡环境中超出稳态限制的异常催化行为。它导出了具有振荡泵浦性能的 novel 催化剂的普适设计原理。尽管催化剂在各种环境条件下无法用单一自由能景观描述，我们受阿伦尼乌斯定律指数形式的启发，提出了一种新颖的控制共轭景观来编码在连续控制参数 范围内的反应速率。该控制共轭景观显著简化了设计原理，并使其适用于大振幅环境振荡。该设计原理由两个例子证明：（1）反转自发反应以合成高自由能分子；（2）在不利用低活化能垒的情况下加速反应。在两个例子中，催化剂自主地从非平衡环境中获取能量以实现此类功能。
引用
@article{arxiv.2303.14551,
title = {Non-equilibrium Theoretical Framework and Universal Design Principles of Oscillation-Driven Catalysis},
author = {Zhongmin Zhang and Zhiyue Lu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2303.14551},
year = {2023}
}