物理与材料学院科研团队在超快加热稳定金属催化剂研究领域取得重要进展

本网讯（物理与材料学院）近日，我校物理与材料学院费林峰教授团队联合宁夏大学张洲洋副教授、西北工业大学应亦然教授、中国科学院化学所黄长水研究员等开展科研攻关，在超快加热方法稳定负载型金属催化剂的机理研究领域取得了重要进展。研究成果以“Nonequilibrium pulsed heating freezes sintering of supported metal nanocatalysts”为题发表于Nature Communications期刊上。物理与材料学院博士生黄家威为论文第一作者，费林峰教授为通讯作者，南昌大学物理与材料学院为第一单位。

开发高效、稳定的催化剂是材料科学领域的核心课题之一。负载于惰性载体上的金属纳米颗粒因具有高比表面积和优异催化活性，在能源转换和化学制造等领域展现出巨大潜力。然而，其在制备或实际使用过程中不可避免地涉及高温环境（如在合成过程中分解前驱体、提升金属颗粒结晶度，或在实际催化过程中激活反应等），金属颗粒因热力学驱动易发生不可逆的烧结，从而导致颗粒团聚、活性位点减少，并显著降低催化性能和使用寿命。近年来，超快加热作为一种新兴的高温合成方法，在抗烧结纳米催化剂的合成方面显示出重要的应用潜力。该技术可在极短时间尺度内（毫秒至秒级）对载体上的金属前驱体实施闪速加热与冷却，从而瞬时形成具有高负载率、高结晶度和良好分散性的金属催化剂。然而，在这种动力学主导、热力学非平衡条件下，超小尺寸、高结晶度纳米颗粒的稳定化机制尚不明确。

为此，研究团队采用原位扫描透射电子显微技术结合理论计算，以石墨烯负载铂纳米颗粒（Pt/Graphene）为模型体系，实时观测并阐释了超快脉冲加热过程中纳米颗粒的微观结构演变。研究发现，铂纳米颗粒的抗烧结特性源于其在脉冲加热下处于热力学不稳定但动力学稳定的亚稳态，这种状态有效抑制了纳米颗粒在石墨烯表面的长程扩散与烧结；而传统加热方式则允许铂纳米颗粒自由迁移并发生团聚。因此，反复的脉冲加热可逐步提升铂纳米颗粒的结晶度，并促进其与石墨烯载体在晶格尺度上的匹配优化，进而赋予负载型纳米催化剂优异的抗烧结性能。这项研究从原子尺度揭示了脉冲加热稳定金属纳米颗粒的作用机理，为高性能纳米催化剂的非平衡合成提供了重要参考。

费林峰教授长期致力于先进功能材料的构效关系及其原位电子显微学研究，近年来在包括Nat. Commun.、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Sci.、ACS Nano等高水平杂志发表多篇论文。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-68539-5

审核：许航、涂金凤、朱文芳、陈小赤