作为影响多相催化反应的重要因素之一，溢流效应直接影响催化反应的效率与结果。特别是在涉氢、涉氧反应中，溢流效应的影响更为突出，反应中间体会在催化剂的负载金属与载体之间动态扩散。近日，我所张涛院士、黄延强研究员团队，联合刘伟研究员及南方科技大学王阳刚副教授等，利用能源研究技术平台（DNL20）环境透射电子显微镜（Titan Themis ETEM G3），在原子尺度上首次观察到金属/载体界面控制的体相氧溢流现象，并据此提出了金属-载体的“表面-界面-体相”协同催化的新机制。

截至目前，科学家对催化剂表面的溢流行为已有深入认识，但关于负载型金属催化剂的体相，特别是金属/载体界面是否存在类似的溢流过程，以及其如何影响催化反应仍是未解之谜。本工作中，研究团队聚焦于高性能负载型Ru（钌）基催化剂的研发，利用原子分辨环境透射电镜，从原子尺度原位解析了Ru/rutile-TiO₂（金红石型二氧化钛）中Ru单颗粒的氧化机制，并首次在该过程中观测到体相氧溢流，证实了载体中的晶格氧以空位介导的方式通过界面输运至金属颗粒。与此同时，团队还建立了皮米精度原子应变矢量分析方法，高分辨定量解析了氧溢流的行为，并追踪到界面持续氧输运所引发的载体局域晶格动态应变，进而揭示了金属/载体界面对体相氧溢流的调控作用，阐明了界面结构适配是体相氧溢流通道畅通的保障。这种机制被证实广泛存在于氧化物相低晶格失配度的金属/载体界面催化剂体系，并在催化反应中发挥关键作用。

该研究基于显微可视化证据，揭示了界面结构对反应活性物质迁移的关键影响，为多相催化界面结构设计及动态反应特征提供了新的理论认识。相关成果于北京时间4月15日发表在《自然》（Nature）。能源研究技术平台电镜分析技术组负责人贾正浩工程师为该工作提供了技术支持。（文/图 王玮珏）