催化發(fā)生時(shí)，氧原子居然在“串門”？近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所張濤院士、黃延強(qiáng)研究員團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合劉偉研究員及南方科技大學(xué)王陽剛副教授等團(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。該研究首次在原子尺度上觀察并證實(shí)了金屬/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)成果于北京時(shí)間4月15日發(fā)表在《自然》期刊上。
體相氧溢流現(xiàn)象是指催化劑內(nèi)部的氧原子，通過金屬與載體之間的界面通道，向金屬活性中心進(jìn)行跨尺度“滲透”與“遷移”的動(dòng)態(tài)過程。這一現(xiàn)象突破了傳統(tǒng)認(rèn)知中催化反應(yīng)僅發(fā)生于材料表面的局限，揭示了催化劑體相內(nèi)部也深度參與了反應(yīng)調(diào)控，為未來設(shè)計(jì)高性能、高穩(wěn)定性的工業(yè)催化劑提供了全新的理論視角。此前，科研界對(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是否存在類似的溢流過程，以及其如何影響催化反應(yīng)仍是未解之謎。
研究團(tuán)隊(duì)聚焦于高性能負(fù)載型釕基催化劑的研發(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釕單顆粒的氧化機(jī)制，并首次在該過程中觀測(cè)到體相氧溢流，證實(shí)了載體中的晶格氧以空位介導(dǎo)的方式通過界面輸運(yùn)至金屬顆粒。
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)。
