大化所/煤化所Nature Catalysis：Ru/(TiOx)MnO中氧化物-氧化物界面促进H溢出，加速CO2还原为CO

在氧化还原条件下，金属纳米粒子(NPs)与氧化物载体之间的相互作用是催化剂中普遍存在的现象，也是金属-载体强相互作用(SMSI)效应的基础。最近有研究报道了吸附物种有助于金属和氧化物表面的动态演变。因此，反应环境诱导的原位结构动力学和活性粒子重构在多相催化领域引起了人们的广泛关注。

最常见的现象是在H₂下的退火过程中还原形成金属状态或烧结形成较大的NPs，这些原位转化可能导致催化剂活化或失活。环境化学势和催化剂组分之间的相互作用或内聚力是催化剂组分变化及其动力学的两个控制因素。即使这些效应已经确立，它们在催化剂设计策略中的应用仍然受到限制。特别是，没有专门的研究来确定如何利用这些概念来促进金属纳米粒子的氧化物载体的表面催化性能。

近日，中国科学院大连化物所刘岳峰和中国科学院山西煤化所刘星辰等证明了当TiO₂纳米颗粒在H₂预处理期间自发分散在MnO_x表面上，而不是迁移到活性金属纳米颗粒(如Ru，Pt或Pd)的表面时，CO₂还原为CO可以显着增强。

与不含TiO₂的Ru/MnO_x催化剂相比，高度分散的TiO_x物种在MnO表面形成了丰富的氧化物-氧化物界面，有利于Ru金属中活性H物种的传输(H溢出)，同时不损失Ru的初始分散度。这种效应促进了CO₂还原为CO(逆水煤气变换(RWGS))，这是CO₂转化为高价值化学品的关键中间反应。

Ru/(TiO_x)MnO催化剂(Ru/Ti/Mn)表现出较高的CO生成速率(是不含TiO_x的Ru/MnO催化剂的3.3倍)和优异的CO选择性(>99%)，其性能优于文献报道的其它负载型贵金属催化剂。Ru/Ti/Mn催化剂的高性能主要是由于载体表面H的快速传输积累了更多的活性H物种，这些活性H物种参与了后续与吸附的CO₂的反应。

密度泛函理论(DFT)计算表明，TiO₂的弥散作用形成了大量的TiO₂/MnO界面，显著降低了H输运势垒。因此，TiO₂在MnO表面的原位结构演变(再分散)为氢化过程提供了氢输运通道。综上，该项工作为通过原位生成氧化物-氧化物界面作为氢物种传输通道设计新型选择性加氢催化剂提供了新思路。

Generation of Oxide Surface Patches Promoting H-spillover in Ru/(TiO_x)MnO Catalysts enables CO₂ Reduction to CO. Nature Catalysis, 2023. DOI: 10.1038/s41929-023-01040-0