在本文中，作者报道了一种金属物种——以铜（Cu）为例——的溢流现象：在潮湿环境条件下，Cu可以自发地在物理接触的亲水性载体之间迁移。
该过程由载体表面的水吸附层所介导，水分子作为“分子桥梁”，通过形成羟基化中间体促进铜物种的表面与界面迁移。
这一现象在多种载体（如氧化物、碳化物、硫化物）以及多种金属（如Ru、Co、Ni）中均具有普适性。
更为显著的是，通过这种溢流方式制备的催化剂在一氧化碳氧化、逆水煤气变换、氨选择性催化还原及氢氰酸氧化等反应中，均表现出远高于传统浸渍法制备催化剂的低温活性。
本研究首次将溢流概念拓展至金属物种，揭示了水吸附层介导的动态迁移机制，为动态催化剂的设计开辟了新路径。
图1：O2/H2O诱导Cu从SiO2迁移至CeO2。a Cu/SiO2-CeO2和Cu/SiO2-CeO2-O2/H2O的XRD图谱。b, c Cu/SiO2-CeO2以及d, e Cu/SiO2-CeO2-O2/H2O的HAADF-STEM及相应的EDS-mapping图像。f Cu/SiO2-CeO2和Cu/SiO2-CeO2-O2/H2O的ToF-SIMS谱图。
图2：不同载体间的Cu溢流。a Cu/SiO2-NC和e Cu/NC-CeO2在O2/H2O处理前后的XRD图谱。b Cu/SiO2-NC, c Cu/SiO2-NC-O2/H2O, f Cu/NC-CeO2和g Cu/NC-CeO2-O2/H2O的HAADF-STEM及相应的EDS-mapping图像。d Cu/SiO2-NC和h Cu/NC-CeO2在O2/H2O处理前后的ToF-SIMS谱图。
图3：Cu溢流机理。a SiO2、SiO2(T)、CeO2、CeO2(T)、NC和NC(T)在环境O2/H2O处理后的固态¹H MAS NMR谱。b Cu/SiO2-CeO2(T)-O2/H2O、Cu/SiO2-NC(T)-O2/H2O和Cu/NC-SiO2(T)-O2/H2O的ToF SIMS结果。c Cu溢流过程的机理模型：(i) 从Cu纳米颗粒上脱附；(ii) 沿供体表面的扩散以及(iii) 从供体表面到受体表面的界面迁移。
图4：调控Cu溢流行为的策略。a ToF SIMS中I(Cu-O-Ce+)/I(Cu-O-Si+)随O2中H2O含量的变化。b 不同供体-受体构型的示意图及其在ToF-SIMS中对应的I(Cu-O-Ce+)/I(Cu-O-Si+)信号强度和CO2转化率。
图5：Cu溢流在多相反应中的催化应用。a 各种铜基催化剂在400°C下RWGS反应中的CO2转化率和随时间变化（TOS）实验。b Cu/CeO2-C、Cu/SiO2-CeO2-C和Cu/SiO2-CeO2-O2/H2O的表观活化能（Ea）。c Cu/CeO2-C和Cu/SiO2-CeO2-O2/H2O在NH3-SCR反应中的NOx转化率。d Cu/CeO2-C和e Cu/SiO2-CeO2-O2/H2O的HCN转化率和选择性。反应条件：HCN氧化：HCN = 100 ppm，O2 = 10 vol%，N2平衡气，气时空速。
综上，作者首次系统揭示了一种全新的金属溢流现象——在水吸附层的介导下，铜等金属物种可在温和潮湿环境中自发迁移于物理接触的亲水性载体之间，实现跨界面扩散与再分散。
该过程突破了传统金属迁移需高温驱动的限制，通过形成羟基化金属中间体，借助水分子构建的“桥梁”实现高效迁移，展现出广泛的普适性，适用于多种金属（如Cu、Ru、Co、Ni）与各类载体（氧化物、碳化物、硫化物等）。
实验与理论共同证实，水吸附层不仅促进金属物种的表面扩散，还显著降低界面迁移能垒，是实现金属溢流的关键。通过调控载体亲水性、金属-载体相互作用强度、供体-受体间距及环境湿度等因素，可实现对金属溢流方向和效率的精准调控。
由此制备的催化剂在逆水煤气变换、CO氧化、NH3-SCR和HCN氧化等反应中均表现出远优于传统浸渍法的低温活性与稳定性，且具备优异的可再生性。
本研究不仅拓展了溢流现象的传统范畴，将其从氢、氧等非金属物种延伸至金属原子，更为动态催化材料的设计提供了全新思路。
