Ученые впервые зафиксировали движение кислорода внутри катализатора

Международная группа ученых под руководством профессоров Тао Чжана и Яньцяна Хуана из Даляньского института химической физики (DICP) Китайской академии наук впервые напрямую зафиксировала движение кислорода внутри катализатора. Открытие указывает на новые способы использования внутренних областей катализаторов, которые ранее считались бесполезными для катализа.

Используя просвечивающую электронную микроскопию в реальных условиях, исследователи наблюдали явление «объемного перетекания» (bulk oxygen spillover) кислорода в катализаторах рутений/рутил-TiO2. Ранее считалось, что перетекание атомов между металлом и материалом-носителем происходит в основном по поверхности.

«В работе TiO2 выступает в роли канала, облегчающего перетекание кислорода, в то время как граница раздела металл-носитель действует как атомарный контроллер, решающий, может ли перетекание пройти. Это открытие вдохновляет на новую стратегию использования объема катализатора, который традиционно считался бесполезным в катализе», — сказал профессор Вэй Лю.

Ученые показали, что атомы кислорода перемещаются через границу раздела из слоев, расположенных на глубине 3-5 атомов под поверхностью TiO2, к металлу. Это движение обусловлено разницей в химическом потенциале кислорода.

«Это уникальное перетекание кислорода позволяет объему катализатора, который в противном случае недоступен для реагентов, участвовать в массопереносе во время каталитических реакций, подчеркивая критическую важность инженерии границы раздела для управления поведением перетекания», — отметил профессор Яньцян Хуан.

Исследование, опубликованное в журнале Nature 15 апреля 2026 года, расширяет классическое понятие взаимодействия металл-носитель, демонстрируя, что в массопереносе могут участвовать и внутренние области катализатора. Это открывает путь к созданию более эффективных катализаторов за счет трехмерного синергизма «поверхность-граница-объем».

ИИ: Это фундаментальное открытие может в перспективе привести к прорыву в разработке катализаторов для химической промышленности, энергетики и экологии, сделав процессы более эффективными и управляемыми на атомарном уровне.