選擇性氫化是工業生產中的重要反應和重要過程，也是一個表面敏感的反應。例如，精細化工中硝基物的選擇性氫化、合成氣選擇性制烯烴、肉桂醛的選擇性氫化制備肉桂醇、炔烴的選擇性氫化、苯的氫化等等。
早在2006年，美國科學家Gabor A. Somorjai課題組通過表面科學的手段，在真空和高壓條件下研究發現，不同的Pt裸露面對苯的氫化展現出了明顯不一樣的選擇性。他們發現苯在Pt(100)面氫化只能得到環己烷，而在Pt(111)面能同時得到環己烷和環己烯。
圖1. Pt(111)用于苯選擇性加氫
K. M. Bratlie, G. A.Somorjai et al. Sum Frequency Generation Vibrational Spectroscopic andHigh-Pressure Scanning Tunneling Microscopic Studies of Benzene Hydrogenationon Pt(111). J. Am. Chem. Soc., 2006, 128: 12810-12816.
2007年，Somorjai課題組和Yang課題組合作，在現實條件下，制備出了尺寸均勻和結構均一的納米立方塊Pt(100)和納米截角八面體[Pt (111)和Pt(100)共存]并應用于苯的選擇性加氫，結果發現截角八面體能同時催化產生環己烷和環己烯，而立方塊只能得到環己烷。
因此，通過控制Pt納米的形貌可以實現選擇性地得到所需的氫化產物。
圖2.不同形貌Pt納米顆粒的選擇性加氫性能
K. M. Bratlie; H. Lee;K. Komvopoulos; P. D. Yang; G. A. Somorjai. Platinum Nanoparticle Shape Effectson Benzene Hydrogenation Selectivity. Nano Lett, 2007, 7: 3097-3101.
隨著納米制備技術的不斷發展，具有不同晶面的不同金屬納米顆粒層出不窮，為我們研究納米催化劑的表面化學提供了良好的便利。
2021年，M. H Huang課題組研究發現，金納米顆粒對4-硝基苯胺的氫化存在明顯的晶面效應。
研究表明，在室溫到36度之間，菱形十二面體金納米顆粒表現出最高的反應速率。不同晶面的反應速率有如下關系：{110}>{100}>{111}。但是，隨著反應溫度升高到40度時，八面體的反應速率迅速增加，超過了納米立方塊的速率，即V{111}>V{100}。結合理論（DFT）計算發現，在Au(110), Au(100), Au(111)之中，4-硝基苯胺在Au(110)的結合能最大，更有利于吸附4-硝基苯胺并完成催化加氫。
圖3.不同形貌Au納米晶的氫化性能
C.-Y. Chiu; P.-J.Chung; K.-U. Lao; C.-W. Liao; M. H. Huang. Facet-Dependent Catalytic Activityof Gold Nanocubes, Octahedra, and Rhombic Dodecahedra toward 4-Nitroaniline Reduction. J. Phys. Chem. C, 2012, 116: 23757-23763.
2014年，南加州大學的Wang Hui課題組利用表面增強拉曼散射，以4-硝基苯硫酚的氫化為模型，原位的定量的研究了不同高指數晶面暴露的Au的晶面依賴的催化活性。{730}暴露的二十四面體和{520}暴露的內凹立方體比{221}暴露的三八面體和{111}和{100}準球體相比，活性更高。
圖4. 不同晶面裸露的Au納米顆粒及其催化性能對比
Zhang,Q.; Wang, H., Facet-Dependent Catalytic Activities of Au Nanoparticles Enclosedby High-Index Facets. ACS Catal. 2014,4 , 4027-4033.
2016年，中科院上海高研院鐘良樞研究員和孫予罕研究員等課題組合作在Nature報道了一種抗積碳的棱柱狀Co2C納米催化劑，通過費托合成了實現61%高選擇性轉化合成氣直接制低碳烯烴！
圖5.棱柱狀Co2C納米催化劑
Liangshu Zhong, FeiYu, Yuhan Sun et al. Cobalt carbide nanoprisms for direct production of lowerolefins from syngas. Nature 2016, 538, 84–87.
研究表明，這種棱柱形Co2C納米催化劑暴露晶面為{101}和{020}面，{101}面有利于烯烴的生成，而且{101}和{020}面可有效抑制甲烷的形成。因此，棱柱形Co2C納米催化劑甲烷選擇性很低，而烯烴選擇性很高。
圖6. Co2C納米催化劑的表面效應
貴金屬納米在氫化反應中的晶面效應不僅僅表現在單金屬上，對于雙金屬也存在明顯的晶面效應。
2012年，李亞棟課題組采用濕法化學法成功制備出了一系列不同成份和不同形貌的PtNi納米顆粒，并研究了這些納米顆粒在催化苯乙烯，硝基苯和亞芐基丙酮氫化的反應性能。
研究發現，在亞芐基丙酮氫化反應中，隨著PtxNi1-x(0<x<1)納米顆粒(111)的增加，催化劑的反應活性明顯增加。而且雙金屬納米合金催化劑的催化活性普遍比單一金屬的催化活性高，存在如下關系：PtNi2 > PtNi ≈ PtNi3> Pt3Ni > PtNi10 > Pt > Ni，同樣的效應也存在于苯乙烯的氫化反應中。
圖7. 不同組分不同形貌PtNi合金納米晶的氫化性能
Y.Wu; S. Cai; D. Wang; W. He; Y. Li. Syntheses of Water-Soluble Octahedral,Truncated Octahedral, and Cubic Pt–Ni Nanocrystals and Their Structure–ActivityStudy in Model Hydrogenation Reactions. J. Am. Chem. Soc., 2012, 134:8975-8981.
非均相催化劑的晶面效應不僅可以改變催化劑的活性和化學選擇性，也可以改變反應的立體選擇性。
李亞棟及Lei Liu課題組發現，用不同晶面的Cu納米立方塊，Cu納米線以及Cu納米片催化芳香環氧化合物的脫氧反應時，可以得到不同順反式的烯烴，Cu{100}面可以選擇性的得到的順式烯烴，并且比均相的Cu的催化劑活性好很多。
掃描的隧道顯微鏡和DFT計算表明，立體選擇性產生的原因是環氧化合物的氧在Cu{100}和Cu {111}面上的吸附模式不同，氧在Cu{100}面上的吸附更強導致的。
圖8. 不同形貌的Cu催化芳香環氧化合物脫氧的性能對比
BinXiao, Lei Liu, Yadong Li et al. Copper nanocrystal plane effect onstereoselectivity of catalytic deoxygenation of aromatic epoxides. J. Am. Chem.Soc. 2015, 137, 3791-3794.
隨著化工產業的發展，工業生產中各種不同的氫化反應逐漸增加，科學家對不同表面結構的金屬納米顆粒用于各種氫化反應的研究逐漸增多并且深入，通過對納米顆粒催化劑的表面結構的設計可以提高目標產物的活性和選擇性。譬如在2-丁炔-1,4-二醇的選擇性氫化、烯烴的選擇性氫化、吡咯選擇性加氫、炔醇的選擇性加氫以及立體選擇性加氫、多環芳烴的選擇性氫化等領域，已經取得了很大的成就。
