近日，我所催化基础国家重点实验室纳米与界面催化研究组（502组）傅强研究员和包信和院士团队在金属-氧化物界面催化研究方面取得新进展，发现在二氧化碳加氢反应中气氛诱导钌（Ru）与氧化钼（MoO3）之间发生金属-载体强相互作用（SMSI），实现催化反应选择性的定向调控。
金属-载体强相互作用是多相催化中的经典概念之一，经常发生于金属/氧化物催化剂的还原预处理过程中，担载的金属粒子会被载体薄层结构所包裹，由此导致催化性能的降低。
该团队基于担载金属催化剂的原位表界面表征研究，在金属/碳化物催化体系中发现金属-载体强相互作用（J. Am. Chem. Soc.，2018），进一步在惰性的六方氮化硼（h-BN）载体和金属催化剂之间也确认存在SMSI效应（J. Am. Chem. Soc.，2020；JPC Lett.，2021），这些动态结构变化均能提高催化反应的活性或稳定性。
在本工作中，研究人员发现Ru-MoO3催化剂在二氧化碳加氢反应中产物选择性呈现动态变化，随着反应进行选择性从100%CH4逐渐转变为99.0%CO。原位表征表明，反应气氛可以诱导MoO3载体表面还原形成缺陷活性层（MoO3-x），进一步迁移至金属Ru表面形成包裹结构Ru@MoO3-x；该结构的演变导致反应从金属Ru催化的甲烷化转变为缺陷MoO3-x主导的逆水气变换。表面分析揭示，金属Ru限域稳定的缺陷态MoO3-x活性层具有优异的二氧化碳催化转化性能及高温稳定性。本工作揭示了反应气氛诱导SMSI发生，并形成缺陷氧化物/金属界面限域活性结构，有效增强了催化反应性能。
相关工作以“Overturning CO2 Hydrogenation Selectivity with High Activity via Reaction-Induced Strong Metal–Support Interactions”为题，于近日发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。该成果的第一作者是我所502组博士后辛慧。上述工作得到了国家自然科学基金委“动态化学前沿研究”基础科学中心项目、国家重点研发计划、中科院洁净能源创新研究院合作基金等项目的资助。（文/图 辛慧）
