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，發現氧化物表面結構對氫溢流的有效調控，利用表面晶格限域效應提升氫溢流速率。

氫活化和氫溢流是諸多涉氫反應的重要基元過程，對其進行有效調控是提高涉氫催化反應性能的關鍵。該團隊在前期的研究中通過構筑氧化物表界面活性中心調控H2活化（ACS Catal.，2022），利用氫溢流形成的表面氫物種提升反應選擇性和催化劑穩定性（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)襯底表面構建MnO(001)和Mn3O4(001)單層結構。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對氫溢流的促進作用。

相關研究成果以“Direct observation of accelerating hydrogen spillover via surface-lattice-confinement effect”為題，于近日發表在《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計劃、國家自然科學基金、中科院碳中和光子科學中心等項目的資助。