記者從中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所獲悉，近日該所聯(lián)合南方科技大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)在多相催化的溢流效應(yīng)認(rèn)識(shí)上取得了重要進(jìn)展。科研人員首次在原子尺度上觀察并證實(shí)了金屬與載體界面控制的體相氧溢流現(xiàn)象，明確了該現(xiàn)象在多相催化反應(yīng)中的重要作用，并據(jù)此提出了金屬-載體的“表面-界面-體相”協(xié)同催化的新機(jī)制。相關(guān)成果4月15日在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表。

△觀測(cè)體相氧溢流過(guò)程的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

溢流效應(yīng)是多相催化反應(yīng)的重要?jiǎng)討B(tài)特征之一，通俗來(lái)說(shuō)，就是催化劑中負(fù)載金屬與載體之間會(huì)發(fā)生活性物質(zhì)的擴(kuò)散與遷移，這一過(guò)程直接影響催化反應(yīng)的效率與結(jié)果。

截至目前，科學(xué)家對(duì)催化劑表面的溢流行為已有深入認(rèn)識(shí)，但關(guān)于負(fù)載型金屬催化劑的體相，特別是金屬與載體界面是否存在類似的溢流過(guò)程，以及其如何影響催化反應(yīng)仍是未解之謎。

本工作中，研究團(tuán)隊(duì)聚焦于高性能負(fù)載型Ru（釕）基催化劑的研發(fā)，利用原子分辨環(huán)境透射電鏡，從原子尺度原位解析了金紅石型二氧化鈦中Ru單顆粒的氧化機(jī)制，并首次在該過(guò)程中觀測(cè)到體相氧溢流，證實(shí)了載體中的晶格氧以空位介導(dǎo)的方式通過(guò)界面輸運(yùn)至金屬顆粒。

與此同時(shí)，團(tuán)隊(duì)還建立了皮米精度原子應(yīng)變矢量分析方法，高分辨定量解析了氧溢流的行為，并追蹤到界面持續(xù)氧輸運(yùn)所引發(fā)的載體局域晶格動(dòng)態(tài)應(yīng)變，進(jìn)而揭示了金屬與載體界面對(duì)體相氧溢流的調(diào)控作用，闡明了界面結(jié)構(gòu)適配是體相氧溢流通道暢通的保障。這種機(jī)制被證實(shí)廣泛存在于氧化物相低晶格失配度的金屬與載體界面催化劑體系，并在催化反應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

△金紅石型二氧化鈦體系中的體相氧溢流過(guò)程與載體局域晶格動(dòng)態(tài)應(yīng)變分析

該研究基于顯微可視化證據(jù)，發(fā)現(xiàn)了金屬-載體三維體相參與催化過(guò)程的新機(jī)制，并揭示了界面結(jié)構(gòu)對(duì)反應(yīng)活性物質(zhì)遷移的關(guān)鍵影響，為多相催化界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及動(dòng)態(tài)反應(yīng)特征提供了新的理論認(rèn)識(shí)。

（總臺(tái)央視記者 帥俊全 褚爾嘉）