記者從中國科學院大連化學物理研究所獲悉，近日該所聯合南方科技大學科研團隊在多相催化的溢流效應認識上取得了重要進展。科研人員首次在原子尺度上觀察並證實了金屬與載體界面控制的體相氧溢流現象，明確了該現象在多相催化反應中的重要作用，並據此提出了金屬-載體的“表面-界面-體相”協同催化的新機制。相關成果4月15日在國際學術期刊《自然》發表。

溢流效應是多相催化反應的重要動態特徵之一，通俗來說，就是催化劑中負載金屬與載體之間會發生活性物質的擴散與遷移，這一過程直接影響催化反應的效率與結果。

截至目前，科學家對催化劑表面的溢流行為已有深入認識，但關於負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程，以及其如何影響催化反應仍是未解之謎。

本工作中，研究團隊聚焦於高性能負載型Ru（釕）基催化劑的研發，利用原子分辨環境透射電鏡，從原子尺度原位解析了金紅石型二氧化鈦中Ru單顆粒的氧化機制，並首次在該過程中觀測到體相氧溢流，證實了載體中的晶格氧以空位介導的方式通過界面輸運至金屬顆粒。

與此同時，團隊還建立了皮米精度原子應變矢量分析方法，高分辨定量解析了氧溢流的行為，並追蹤到界面持續氧輸運所引發的載體局域晶格動態應變，進而揭示了金屬與載體界面對體相氧溢流的調控作用，闡明瞭界面結構適配是體相氧溢流通道暢通的保障。這種機制被證實廣泛存在於氧化物相低晶格失配度的金屬與載體界面催化劑體系，並在催化反應中發揮關鍵作用。

該研究基於顯微可視化證據，發現了金屬-載體三維體相參與催化過程的新機制，並揭示了界面結構對反應活性物質遷移的關鍵影響，為多相催化界面結構設計及動態反應特徵提供了新的理論認識。