大連化物所基于氫溢流原子可視化研究提出表面晶格限域增強氫溢流機制

近日，大連化物所催化基礎(chǔ)國家重點實驗室納米與界面催化研究組（502組）傅強研究員和慕仁濤研究員團隊在表面氫溢流原子可視化研究上取得進展，發(fā)現(xiàn)氧化物表面結(jié)構(gòu)對氫溢流的有效調(diào)控，利用表面晶格限域效應(yīng)提升氫溢流速率。

氫活化和氫溢流是諸多涉氫反應(yīng)的重要基元過程，對其進行有效調(diào)控是提高涉氫催化反應(yīng)性能的關(guān)鍵。該團隊在前期的研究中通過構(gòu)筑氧化物表界面活性中心調(diào)控H2活化（ACS Catal.，2022），利用氫溢流形成的表面氫物種提升反應(yīng)選擇性和催化劑穩(wěn)定性（Angew.Chem.Int.Ed.，2019；ACS Catal.，2022;J.Phys.Chem.Lett.，2022），并通過氫溢流再生“Ni-O路易斯酸堿對”活性中心實現(xiàn)H2O的有效活化（J.Phys.Chem.Lett.，2021）。

在本工作中，研究人員在Pt(111)襯底表面構(gòu)建MnO(001)和Mn3O4(001)單層結(jié)構(gòu)。近常壓掃描隧道顯微鏡（NAP-STM）原位成像顯示，在MnO(001)表面氫物種沿著晶格條紋一維擴散，而在Mn3O4(001)表面上呈現(xiàn)出二維擴散特征，并且在MnO(001)上的擴散速率是Mn3O4(001)上的4倍。理論研究表明，氧化錳表面晶格中合適的O-O間距有利于氫擴散，而存在低配位表面O原子則抑制氫擴散。本工作揭示了氧化物表面晶格限域效應(yīng)對氫溢流的促進作用。

相關(guān)研究成果以“Direct observation of accelerating hydrogen spillover via surface-lattice-confinement effect”為題，于近日發(fā)表在《自然—通訊》（Nature Communications）上。該成果的共同第一作者是大連化物所502組博士研究生劉怡敬、張燃焜和博士后林樂。該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中科院碳中和光子科學(xué)中心等項目的資助。