中國科學院大連化學物理研究所張濤研究員和黃彥強研究員領導的團隊與大連化物所劉偉研究員和南方科技大學王陽剛教授合作，直接追蹤了催化劑中氧的運動。當使用環境透射電子顯微鏡時，他們注意到催化劑中存在大量氧氣洩漏。首次發現Ru/金紅石-TiO2，發現指出了經常被忽視的內催化劑使用新方法
研究結果發表於 自然 2026 年 4 月 15 日
什麼是催化中的氧氣洩漏？
在催化反應中，溢出是指原子或分子的運動，例如氫或氧。過去大多數的研究都集中在催化劑表面發生的溢出。目前尚不確定催化劑的內部或本體是否也透過非表面途徑在這些過程中發揮作用。
了解溢出很重要，因為它會影響不同活動網站的互動方式。它可以改變這些位點的數量並影響催化劑的效率。先前的研究表明，可以減少的材料可以改善表面洩漏。這取決於原子移動的距離和速度。然而，傳統的光譜技術面臨著揭示與每個粒子層級相關的確切路徑的問題。獲得更清晰的圖片可以幫助科學家更好地控制洩漏造成的反應。
為什麼選擇二氧化鈦？
研究人員選擇了二氧化鈦（TiO2），因為它可以有效地儲存和釋放氧氣，能夠改變氧化態以及各種晶體結構。這使其成為研究氧氣行為的有用模式。使用環境透射電子顯微鏡該團隊能夠直接觀察氧在二氧化鈦（Ru/TiO2) 粒子
大規模氧氣洩漏的首個直接證據
幾十年來，科學家認為大部分洩漏發生在催化劑表面。在這項研究中，該團隊首次直接觀察了釕負載金紅石二氧化鈦 (Ru/r-TiO) 催化劑簇內氧的運動。2）。
「TiO 中已經揭示了一個通道。2 支撐以促進氧氣溢出，而金屬支撐介面充當原子級屏蔽。控制洩漏的氧氣能否通過。這項發現激發了一種使用大量催化劑的新策略。據信它沒有催化作用，」劉偉教授說。
氧氣在地表下的運動
研究人員表明，氧原子可以穿過（Ru/r-TiO2）界面來自 r-TiO 表面下方包含三到五個原子的層。2 對於金屬，這種運動是由於氧的化學勢的差異所造成的。
「我們工作中獨特的氧氣洩漏使得大量催化劑無法到達反應物。有助於催化反應過程中的傳質。這強調了界面工程在控制洩漏行為方面的至關重要性，」黃彥強教授說。
擴展支撐金屬之間相互作用的概念
大約 50 年前，科學家發現了支持金屬的相互作用。其中金屬顆粒被氧化物材料（例如 TiO2）包圍。2 在大幅減少的條件下這個過程會降低金屬吸收H等分子的能力。2 傳統上，這些反應被認為僅涉及金屬和載體外表面的物質交換。兩者之間的邊界在反應中起著重要作用。
這項新工作擴展了這個想法，顯示大量的氧氣洩漏會導致催化劑的內部區域參與反應過程中的質傳。這些內部介面以前被認為是不可存取的。
設計更有效率的催化劑
這些發現強調了介面工程在控制溢出行為的重要性。它還展示了單顆粒水平的原位顯微鏡成像在揭示催化系統中的反應途徑方面的能力。
展望未來 研究人員的目標是在這些發現的基礎上進一步發展。 「利用這個絕佳的機會，我們可以改進催化結構，從二維表面反應到協同工作的3D‘表面-界面-質量’，為多相催化中的界面原子工程以及負載金屬催化劑的動態催化行為提供新的見解。下一個目標是開發實用的、大規模使用的催化劑來直接支持化學反應，」張濤教授說。
