【客戶成果】Angew | 超新芯原位系統(tǒng)助力浙大王勇課題組揭示氧化還原條件下Pd/TiO?中金屬-載體強相互作用的振蕩行為

第一作者：陳宇暉

通訊作者：姜穎，王勇

通訊單位：浙江大學電鏡中心&浙江大學材料科學與工程學院

超新芯透射電鏡雙傾加熱原位系統(tǒng)

在原位分析中，該論文借助超新芯透射雙傾加熱原位系統(tǒng)以及CHIPNOVA原位加熱芯片，將制備好的Pd/TiO?催化劑分散在樣品芯片上，通過雙傾加熱樣品桿裝載到ETEM中進行觀測。

一、全文速覽

浙江大學王勇課題組利用環(huán)境透射電子顯微學技術（ETEM）發(fā)現(xiàn)在特定氧化還原條件下Pd/TiO?催化劑表面的SMSI包覆層表現(xiàn)出振蕩行為，該振蕩行為使SMSI覆蓋層作為Ti的動態(tài)臨時儲庫，能夠從載體捕獲還原態(tài)Ti，驅(qū)動TiO?載體外延生長。這一發(fā)現(xiàn)擴展了對SMSI在反應條件下動態(tài)行為及載體物質(zhì)傳輸?shù)睦斫?，并為納米結(jié)構(gòu)的固態(tài)生長提供了新的機制，上述研究成果發(fā)表在Angew上！在這項突破性實驗中，CHIPNOVA（超新芯）透射電鏡雙傾加熱原位系統(tǒng)為研究提供了關鍵技術支持。

二、背景介紹

金屬納米顆粒因其高效性、多功能性和可調(diào)控性，在現(xiàn)代催化科學領域中具有著不可少的地位。金屬納米顆粒與氧化物載體的相互作用機制一直是研究的核心課題，其中，金屬-載體強相互作用（SMSI）因其特殊的界面特性而備受關注。然而，SMSI覆蓋層的實驗構(gòu)建和構(gòu)型調(diào)控高度依賴化學環(huán)境，人們對氧化還原條件下SMSI的動態(tài)行為尚不明確，同時對其原子尺度演變機制的認知仍存在明顯不足。針對上述問題，王勇課題組利用最新的ETEM和CHIPNOVA原位系統(tǒng)進行了深入研究，在原子尺度上觀測SMSI變化相關的傳質(zhì)過程及載體動態(tài)響應。CHIPNOVA透射電鏡雙傾加熱原位系統(tǒng)為實驗提供關鍵技術支持，其特殊的雙傾功能與高精度溫控（≤0.01℃穩(wěn)定性）實現(xiàn)了材料在精準溫度下的原子尺度動態(tài)觀測。

三、研究亮點

1. 原位觀察與機制揭示：通過 ETEM 實時追蹤發(fā)現(xiàn)，振蕩源于氧化-還原條件的競爭，導致TiO?覆蓋層在單雙層之間切換，應力作用下 Pd 納米顆粒發(fā)生旋轉(zhuǎn)。

2. 原子尺度解析：精確識別3.0Å/3.4Å的雙層結(jié)構(gòu)特征。

四、       圖文說明

圖1：不同氣氛下 Pd/TiO?的準原位觀察：純 O?、H?及 5:1 O?/H?混合氣氛中均形成 SMSI 覆蓋層，但氧化還原條件下覆蓋層部分破壞，且界面出現(xiàn)載體突起。

圖2：原位 ETEM 追蹤混合氣氛下的結(jié)構(gòu)演變：SMSI 雙層覆蓋層在界面處振蕩，伴隨載體突起的原子層添加，支持突起向納米線生長。

圖3：純 O?條件下的原位表征：SMSI 覆蓋層擴展推動 Pd 顆粒遠離載體，載體突起生長為納米線，EELS 證實覆蓋層含 Ti³?。

圖4：沿 TiO?[001] 軸觀察振蕩行為：SMSI 覆蓋層層數(shù)與載體突起原子層數(shù)呈正相關，Pd 顆粒旋轉(zhuǎn)與界面拓撲結(jié)構(gòu)相關。

五、總結(jié)與期望

1.      研究結(jié)論

*次揭示 Pd/TiO?在氧化還原條件下的 SMSI 振蕩現(xiàn)象，覆蓋層作為 Ti 的動態(tài)儲存庫，驅(qū)動載體突起的尖*生長。

 振蕩機制不依賴 Pd 與 TiO?的外延關系，而是由氧化-還原平衡調(diào)控的 Ti 遷移主導。

2.      科學意義

這一成果拓展了對反應條件下 SMSI 動態(tài)行為的認知，也為理解催化性能與 SMSI 的關聯(lián)提供了新視角。

 研究提出了 SMSI 介導的納米線生長機制，為一維納米材料的合成提供了新思路。

3.      未來方向

探索 SMSI 振蕩對催化反應（如 CO?加氫、氧化反應）性能的具體影響。

研究其他金屬-載體體系（如 Pt/CeO?、Ni/TiO?）在氧化還原條件下的 SMSI 動態(tài)行為。