北京化工大学卫敏/张欣团队受邀在《Nature Materials》刊发News & Views文章

在化学、化工、材料等领域，催化剂就像是化学反应的“点金石”。但长期以来，科学家们面临一个头疼的难题：这些“点金石”大多是金属纳米颗粒，它们就像夏日里的冰块，在高温等严苛的反应条件下，特别容易“融化”或“团聚”（学术上叫烧结），导致性能下降、寿命缩短。这就像炒菜时锅底的油滴，加热久了会聚成一大片，分散的金属小颗粒也总是想抱团。如何让它们不“抱团”，稳定地坚守岗位，是全球催化领域一直在努力攻克的“寿命”难题。

近日，北京化工大学化学学院卫敏教授/张欣教授团队受邀在《Nature Materials》期刊News & Views专栏撰写题为“Stability in the Dilute Limit”的文章，北京化工大学为该文章的第一完成单位，化学学院/高新技术研究院博后丰海松为第一作者，通讯作者为卫敏教授和张欣教授。文章围绕高度稀释合金体系中金属纳米颗粒的烧结问题，对相关研究工作进行了概念梳理与观点总结。

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该News & Views聚焦于多相催化领域长期关注的一个核心问题：在高温或还原性条件下，金属纳米颗粒结构失稳的本质控制因素是什么？已有研究表明，纳米颗粒的烧结过程通常与Ostwald熟化机制相关，其中起关键作用的并非整个颗粒的平均结构特征，而是表面台阶、边缘等低配位原子位点的脱附与迁移行为。在此基础上，讨论了近期关于高度稀释金属掺杂在抑制烧结方面所观察到的现象，并对其潜在物理起源进行了概念层面的总结。进一步从电子结构角度概括了掺杂原子在局域原子环境中的作用方式，强调应从原子尺度理解掺杂对表面原子稳定性的影响，而不仅仅依据组成比例或负载量来描述催化剂稳定性变化。相关讨论为单原子合金及高度稀释合金体系中稳定性行为的理解提供了一种相对统一的分析框架。

高稀释Pt-Cu催化剂中烧结抑制的原子尺度起源和电子原理

进而，文章对相关研究方向的发展提出了前瞻性思考。首先，未来有必要结合原位或操作条件下的表面表征手段与第一性原理计算，系统考察不同掺杂元素在关键表面位点上的稳定作用及其电子结构起源。其次，将原子尺度的稳定性描述符与数据驱动方法相结合，有望为高度稀释合金催化剂的理性设计提供新的思路。相关展望为在极端反应条件下实现高稳定性催化材料的构筑提供了潜在研究方向。

团队介绍

北京化工大学卫敏教授/张欣教授团队始终坚持催化化学、能源催化、催化计算研究，在人工智能辅助催化剂结构设计与精准合成、氢气的清洁制取、CO2催化转化、生物质资源高效利用等方面开展了深入系统的基础和应用基础研究，取得了具有国际影响力的成果。在Nat. Mater.、Nat. Catal.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Science Bulletin等刊物发表论文200余篇。团队逐步构建了“理论计算-智能设计-精准合成-机制解析”深度融合的研究体系，为能源催化研究提供了一条可行的研究路径。