大连化物所基于氢溢流原子可视化研究提出表面晶格限域增强氢溢流机制

近日，大连化物所催化基础国家重点实验室纳米与界面催化研究组（502组）傅强研究员和慕仁涛研究员团队在表面氢溢流原子可视化研究上取得进展，发现氧化物表面结构对氢溢流的有效调控，利用表面晶格限域效应提升氢溢流速率。

氢活化和氢溢流是诸多涉氢反应的重要基元过程，对其进行有效调控是提高涉氢催化反应性能的关键。该团队在前期的研究中通过构筑氧化物表界面活性中心调控H2活化（ACS Catal.，2022），利用氢溢流形成的表面氢物种提升反应选择性和催化剂稳定性（Angew.Chem.Int.Ed.，2019；ACS Catal.，2022;J.Phys.Chem.Lett.，2022），并通过氢溢流再生“Ni-O路易斯酸碱对”活性中心实现H2O的有效活化（J.Phys.Chem.Lett.，2021）。

在本工作中，研究人员在Pt(111)衬底表面构建MnO(001)和Mn3O4(001)单层结构。近常压扫描隧道显微镜（NAP-STM）原位成像显示，在MnO(001)表面氢物种沿着晶格条纹一维扩散，而在Mn3O4(001)表面上呈现出二维扩散特征，并且在MnO(001)上的扩散速率是Mn3O4(001)上的4倍。理论研究表明，氧化锰表面晶格中合适的O-O间距有利于氢扩散，而存在低配位表面O原子则抑制氢扩散。本工作揭示了氧化物表面晶格限域效应对氢溢流的促进作用。

相关研究成果以“Direct observation of accelerating hydrogen spillover via surface-lattice-confinement effect”为题，于近日发表在《自然—通讯》（Nature Communications）上。该成果的共同第一作者是大连化物所502组博士研究生刘怡敬、张燃焜和博士后林乐。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院碳中和光子科学中心等项目的资助。