黄兴/谢在来团队：原位电镜追踪Au/ZnO中SMSI包覆与去润湿，提出“瞬态包覆层”策略

近日，黄兴教授与谢在来教授团队合作在国际知名期刊Angewandte Chemie International Edition在线发表题为“Atmosphere-Dependent Encapsulation and Dewetting in Au/ZnO: A Transient-Overlayer Strategy for Maximizing Metal-Support Interfacial Catalysis”的原创性研究论文。

强金属—载体相互作用（SMSI）自1978年由Tauster等人提出以来，一直是多相催化领域的重要概念。其经典图景为：在高温还原条件下，可还原氧化物载体的部分物种迁移至金属纳米颗粒表面，形成包覆层。长期以来，SMSI多被视为一种相对静态的结构状态，其催化后果也常从“位点封锁”的角度加以解释。然而，薄而可渗透的包覆层、反应条件下包覆层部分去润湿等现象表明，这一“包覆/暴露、封锁/可及”的二元框架并非全部图景；包覆层的形成—破坏全过程能否被主动利用以构建更优界面，仍缺乏系统研究。Au/ZnO作为负载型金催化剂的经典模型，在还原与氧化条件下均被报道存在SMSI，但关于包覆发生的气氛条件、可逆性及合金化是否参与等问题，文献结论并不一致。这些分歧提示：SMSI的形成条件不只是实验参数，而对应着可选择性进入、并能在气氛切换中相互转化的热力学状态。

针对这一问题，研究团队以原位透射电子显微镜为核心手段，结合原位红外光谱、准原位X射线光电子能谱与密度泛函理论计算，系统追踪了Au/ZnO界面在H₂、O₂及CO氧化条件下的连续结构演化。研究发现，ZnO_x包覆层仅在H₂气氛下形成；随温度升高，AuZn合金化引起纳米颗粒显著重构，金属—载体接触面积明显增大，为后续界面扩大提供了结构基础。切换至O₂或反应气氛后，合金发生去合金化，包覆层先因Zn氧化偏析而增厚，随后去润湿转变为分散的ZnO纳米岛，部分区域完全回缩。包覆层并未简单消失，而是与合金化诱导的重构界面共同形成更大、更抗烧结的Au—ZnO催化架构。基于这一完整演化路径，研究团队提出“瞬态包覆层”策略：将完全包覆的SMSI层作为可牺牲前驱体，经“包覆—合金化—去润湿”过程，把界面重构并扩大为高界面面积、富氧空位、抗烧结的催化结构（图1）。

图1. 气氛依赖的“包覆—合金化—去润湿”路径。

催化性能研究表明，H₂预处理样品在CO氧化反应中表现出优于新鲜样品的活性，表观活化能更低；在50 h稳定性测试中活性衰减可忽略，而新鲜样品损失约10%的初始活性。反应后HAADF-STEM与EELS分析显示，H₂预处理样品表面残留ZnO纳米岛，部分区域完全回缩；这些残留纳米岛与合金化诱导的界面重构共同扩大了Au—ZnO界面，提供更多界面活性位点。粒径统计显示，H₂预处理样品在反应后仅由5.4 nm增至5.6 nm，而新鲜样品由4.9 nm增至6 nm；XRD中Au(111)峰半高宽的变化与之吻合，表明颗粒烧结受到抑制。同时，反应后AuZn合金峰消失，证实了氧化反应条件下的去合金化过程（图2）。

图2. CO氧化性能、反应后结构表征。

该工作表明，SMSI包覆层在Au/ZnO中并非静态的位点封锁层，而可作为可牺牲的瞬态前驱体加以利用。H₂下形成的ZnO_x包覆与AuZn合金化诱导颗粒重构，扩大了金属—载体接触面积；在O₂或反应条件下，合金去合金化、包覆层去润湿为ZnO纳米岛，与重构后的界面共同形成扩大的Au—ZnO界面。H₂预处理样品因此表现出优于新鲜样品的CO氧化活性和抗烧结稳定性，其优势主要来自界面重构与增大，而非包覆层的持续存在。该结果为SMSI催化剂设计提供了一种思路调整：与其局限于“包覆或不包覆”的二元选择，不如将包覆层的形成—破坏全过程视为可调控变量，通过气氛序列调控界面结构，为负载型金催化剂及金属—可还原氧化物体系的设计提供了参考。

福州大学化学学院和清源创新实验室为完成单位，刘盼盼、王永钊、乔孟飞为共同第一作者，黄兴教授、谢在来教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、福建省自然科学基金及清源创新实验室启动基金等项目的资助。

论文信息：Panpan Liu, Yongzhao Wang, Mengfei Qiao, Tongtong Gao, Xiangjun Wang, Bo Liu, Xuefei Zhang, C. S. Praveen, Li Tan, Zailai Xie,* and Xing Huang*. Atmosphere-Dependent Encapsulation and Dewetting in Au/ZnO: A Transient-Overlayer Strategy for Maximizing Metal-Support Interfacial Catalysis. Angewandte Chemie International Edition, 2026, e202517754.https://doi.org/10.1002/anie.202517754