科研人员观测到金属/载体界面的体相氧溢流

  新华社沈阳4月16日电（记者王莹）催化发生时，氧原子居然在“串门”？近日，中国科学院大连化学物理研究所张涛院士、黄延强研究员团队，联合刘伟研究员及南方科技大学王阳刚副教授等团队在多相催化的溢流效应认识上取得了重要进展。该研究首次在原子尺度上观察并证实了金属/载体界面控制的体相氧溢流现象，明确了该现象在多相催化反应中的重要作用，并据此提出了金属-载体的“表面-界面-体相”协同催化的新机制。相关成果于北京时间4月15日发表在《自然》期刊上。

  体相氧溢流现象是指催化剂内部的氧原子，通过金属与载体之间的界面通道，向金属活性中心进行跨尺度“渗透”与“迁移”的动态过程。这一现象突破了传统认知中催化反应仅发生于材料表面的局限，揭示了催化剂体相内部也深度参与了反应调控，为未来设计高性能、高稳定性的工业催化剂提供了全新的理论视角。此前，科研界对催化剂表面的溢流行为已有深入认识，但关于负载型金属催化剂的体相是否存在类似的溢流过程，以及其如何影响催化反应仍是未解之谜。

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  研究团队聚焦于高性能负载型钌基催化剂的研发，利用原子分辨环境透射电镜，从原子尺度原位解析了金红石型二氧化钛中钌单颗粒的氧化机制，并首次在该过程中观测到体相氧溢流，证实了载体中的晶格氧以空位介导的方式通过界面输运至金属颗粒。

  该研究基于显微可视化证据，发现了金属-载体三维体相参与催化过程的新机制，并揭示了界面结构对反应活性物质迁移的关键影响，为多相催化界面结构设计及动态反应特征提供了新的理论认识。