新发现揭示催化剂内部“氧气暗流”

2026年4月15日，相关成果发表于《自然》杂志。本文介绍了一项催化领域的重要突破：研究人员首次通过原位环境透射电镜，在单颗粒尺度上直接观测到氧气从二氧化钛（TiO₂）载体内部（距表面3–5个原子层深处）跨越金属-载体界面，迁移至负载的钌（Ru）纳米颗粒上——即‘体相氧溢流’现象。过去数十年普遍认为，溢流仅发生在催化剂表面；而本研究证实，催化剂的体相（内部）同样能参与反应物传输。选择TiO₂是因为它具备优异的储放氧能力、可变价态和多种晶型，是研究氧行为的理想模型。研究发现，TiO₂中存在一条促进氧迁移的通道，而金属与载体的界面则像‘原子级守门员’，精准调控氧是否能穿过。这说明，传统认为‘无用’的催化剂体相，实则可通过界面工程被激活。该发现拓展了‘金属-载体相互作用’的经典概念——不再局限于表面物质交换，而是延伸至体相内部的动态质量传递。它强调：要提升催化效率，必须统筹设计‘表面–界面–体相’三维协同结构；而单颗粒原位显微成像技术，正是揭示这类复杂反应路径的关键工具。未来方向是开发能真正利用体相参与化学反应的实用化催化剂。