在金屬–氧化物催化體系中，氧化物載體能夠提高金屬顆粒在極端條件下的穩定性，還可通過金屬–載體相互作用（MSI）調控催化性能。該類作用的核心在于界面處發生的金屬–金屬或金屬–氧相互作用，可引發電子轉移、物質遷移等復雜效應，從而影響催化劑的活性、選擇性和穩定性。然而，受限于傳統表征手段在反應條件下原子尺度動態監測的不足，MSI的微觀機制仍待研究。

近日，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心蘇東團隊，聯合清華大學張亮團隊等，利用原位環境透射電子顯微學技術，在NiFe–Fe₃O₄催化劑的氫氧化反應研究方面取得進展。該團隊以氫氧化反應為模型體系，發現了新的循環金屬–載體相互作用（LMSI），揭示了氫氧化反應與載體氧化還原循環之間的內在耦合機制。

團隊通過氫氣部分還原NiFe2O4前驅體，制備得到NiFe–Fe₃O₄催化劑。在氧氫比1:10、溫度超500℃的反應條件下，ETEM技術觀測到NiFe納米顆粒在Fe₃O₄載體上定向遷移，載體發生界面刻蝕與表面重構，界面遷移速率與催化活性直接相關。LMSI機制為：NiFe納米顆粒活化氫氣產生H原子，載體晶格氧反向溢流與之反應，引發界面遷移與Fe₃O₄還原；被還原的Fe原子遷移至載體{111}表面與氧氣反應實現再氧化。

上述研究拓展了科研人員對MSI的認知，為探討異相催化中的原子尺度動態過程提供了新視角，對設計高性能催化劑具有指導意義。

相關研究成果發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。工作得到國家自然科學基金、中國博士后科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項（B類）等的支持。

原子尺度觀察NiFe–Fe₃O₄催化劑上的LMSI動態過程