看清氧气如何从界面“溢出”到材料内部

催化反应中的‘溢流效应’通常指活性金属与载体之间物种（如氢、氧）的迁移现象，以往研究多集中于催化剂表面。本文通过原位环境透射电镜技术，首次在Ru/TiO₂催化剂中直接追踪到一种全新的‘体相氧溢流’机制：氧原子并非经由TiO₂表面扩散，而是直接从TiO₂晶格内部，穿过钌与TiO₂的界面，进入负载的钌纳米颗粒。这一过程导致TiO₂亚表面晶格发生可逆应变，从而形成氧传输通道；研究人员利用皮米级精度的原子位移追踪技术成功捕捉到这一动态结构响应。进一步发现，这种体相溢流行为高度依赖金属–载体界面的结构适配性——在钌/金红石型TiO₂（Ru/r-TiO₂）体系中被‘开启’，而在钌/锐钛矿型TiO₂（Ru/a-TiO₂）中则被‘关闭’。结合密度泛函理论（DFT）计算和同位素标记实验，研究证实该机制具有普适性，适用于具有界面外延特征的负载型金属催化剂。这意味着，合理设计金属与载体之间的原子级界面结构，可有效激活原本惰性的体相氧，使其参与催化反应，为开发高效氧化催化剂提供了新思路。