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负载型催化剂广泛应用于多相催化过程,在石油化工、制药、环境保护、新能源等领域中起着至关重要的作用。通过构建强金属-载体相互作用(SMSI),可以精确调节载体和金属物种的化学吸附特性、界面原子构型和电子结构,从而提高催化活性和选择性。因此,理解SMSI的形成机制及其在化学反应中结构演变的动态信息,对于指导多相催化剂的结构设计和性能优化具有重要意义。 原位透射电子显微镜(in-situ TEM)在研究工况下材料的动态结构信息方面具有独特优势。通过与球差校正技术、高速记录相机、电子能量损失谱和原位质谱技术相结合,研究人员可以以原子空间分辨率、毫秒时间分辨率和亚电子伏特能量分辨率下,动态观察催化剂的结构演变。因此,in-situ TEM对于深入理解SMSI的微观机制至为重要,为设计和优化高效催化剂提供了宝贵的见解。 近日,北京科技大学王荣明教授和段嗣斌副教授团队系统综述并讨论了多相催化中SMSI的in-situ TEM研究。团队系统梳理了SMSI的关键研究历程(图一)和基本概念,并简要讨论其主要特征(图二)。在此基础上,简要概述了in-situ TEM技术的发展史,着重介绍了用于SMSI研究的原位表征方法(图三)。团队进一步探究了利用in-situ TEM研究SMSI的动态构建过程及其形成机制,聚焦于表面/界面原子构型和电荷转移的动态演化。在原子尺度上,分析了SMSI引起的结构变化,探讨了动态结构演变与催化性能之间的关系,并对in-situ TEM在SMSI研究中的未来发展方向进行了展望。 希望此综述文章能够启发更多SMSI领域的研究者,充分利用in-situ TEM技术,以更深入地理解SMSI相关现象的微观机制。这种深入的理解将有助于揭示SMSI如何影响催化剂的活性、选择性和稳定性,进而推动高效多相催化剂的设计和优化进程。
图一: SMSI领域的重要发现历程 图二: SMSI的典型特征 图三: In-situ TEM动态观察材料结构时,可以获取的信息(左)与可施加的外场(右) 论文信息 Using In situ Transmission Electron Microscopy to Study Strong Metal-Support Interactions in Heterogeneous Catalysis Jie Dai, Yifei Sun, Zhewei Liu, Yiyuan Zhang, Dr. Sibin Duan, Prof. Rongming Wang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202409673
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