近日，我所能源催化转化全国重点实验室纳米与界面催化研究中心表面科学与界面催化研究组（521组）傅强研究员和慕仁涛研究员团队在水诱导氧化物结构动态演变研究中取得新进展，在原子尺度上证实了水气氛中氧化钴（CoOx）纳米结构可发生氧化羟基化和还原羟基化的双重动态过程。
水与氧化物表界面的相互作用是影响催化剂结构演化与反应性能的关键因素。该团队在前期研究中，通过氢溢流再生“镍—氧（Ni-O）路易斯酸碱对”活性中心实现了水的有效活化（J. Phys. Chem. Lett.，2021）；揭示了表面羟基化对金属氧化物界面结构稳定性及表面反应性的调控机制（Angew. Chem. Int. Ed.，2024；ACS Catal.，2024；ACS Catal.，2025）；发现表面水层或羟基物种可介导表界面迁移与动态重构，促进金属物种在不同载体之间的溢流迁移（Nat. Commun.，2024；Nat. Commun.，2025）。
在本工作中，研究人员在Pt(111)衬底表面构建了单层CoO和CoO2-x纳米结构，并利用高压扫描隧道显微镜和理论计算对其在水气氛中的结构演变进行了原位成像和微观机制研究。研究发现，对于CoO结构，水分子可在表面发生解离吸附，诱导其逐步转化为Co(OH)2，同时伴随Co物种的进一步氧化。对于包含CoO和CoO2畴区的CoO2-x薄层结构，水分子首先与CoO畴区反应，将其转化为Co(OH)2并形成Co(OH)2–CoO2-x界面；随后，水的进一步参与促进了界面晶格氧的脱附，诱导CoO2的还原及羟基化，最终转化为Co(OH)2。该研究阐明了水分子在不同CoOx结构上发挥氧化与还原双重作用的结构转变机制，对于理解氧化物催化中水的作用规律具有重要意义。
相关研究成果以“Dynamic Observation of Reductive and Oxidative Hydroxylation of CoOx Nanostructures in Water Vapor”为题，发表在《国家科学评论》（National Science Review）上。该成果的共同第一作者是我所521组博士研究生孙晓缘、王东庆。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、能源催化转化全国重点实验室开发课题等项目的资助。（文/图 孙晓缘）
