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在多相催化反應中，復合催化劑表現出優異的催化活性，不同組分之間的界面相互作用對活性中心的活化起著控制作用。界面相互作用驅動的催化增強的實質是影響活性位吸附物種的動力學行為。近年來的研究表明，催化劑的催化活性受到顆粒或載體尺寸效應的顯著影響。這意味著尺寸效應在控制活性中心與中間體之間的吸附能方面起著關鍵作用。相應地，一旦復合結構形成界面，界面相互作用也可能表現出一定的“尺寸”特征。

雖然目前的研究有意識地在空間尺度上提出了異質結構的催化性質的不一致性，但關于界面微環境的關鍵基本問題至今尚未闡明: 界面相互作用對活性位點的激活是否存在空間區域特征？相應地，界面效應的尺寸依賴范圍是什么?最后，界面活性中心對催化劑整體“表觀”性能的作用機理是什么?回答這些問題需要在原子水平上明確界面微環境和吸附中間物種的動力學行為。

Co基催化劑具有靈活可調的d軌道電子結構、穩定的幾何構型和良好的催化活性，為研究復合結構中的界面構效關系提供了理想的平臺。基于此，吉林大學馮守華、黃科科、中國科學院金屬研究所張炳森和中國科學院長春應化所王穎等通過基于Kirkendall效應的B/O離子的連續擴散過程，開發了一個具有明確均勻界面的Co₃O₄同質結作為模型結構，并利用涉及多步反應中間體(* OH、*O、* OOH)的明確的脫附/脫附過程的析氧反應(OER)作為探針反應以直接鑒定界面處的“真正”活性來源。結果顯示，制備的復合催化劑(Co-B@Co₃O₄/Co₃O₄ NSs)的周轉頻率(TOF)和質量活性分別是單體結構(Co₃O₄ NSs)的70倍和20倍，在10 mA cm^?2電流密度下的過電位為257 mV。

此外，研究人員首次采用具有高空間分辨率的準原位STEM-EELS光譜技術，在空間尺度上跟蹤了OER過程中界面尺寸相關的動力學響應。結果表明，復合結構OER活性的提升來源于3 nm界面范圍內的局域強電子相互作用；隨著電壓的升高，OER的驅動力增強，高度活化的界面促進了動態O-O耦合和去質子化過程。

此外，密度泛函理論(DFT)計算進一步證實了界面處強烈的電子相互作用通過在整個吸附過程中動態調整各種吸附構型來促進高度活化的*O/*OOH中間體的動態吸附/解離，這是加速OER動力學的關鍵。綜上，該項研究在時空尺度上直觀地揭示了復合結構的真實活動部位和動態功能機制，利用這種界面尺寸效應可以制備具有高活性中心的復合結構催化劑，進而高效催化其他重要反應。

Spatially and temporally resolved dynamic response of Co-based composite interface during the oxygen evolution reaction. Journal of the American Chemical Society, 2024. DOI: 10.1021/jacs.3c12820

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