近日，华南理工大学环境与能源学院陈燕教授团队及其合作者，在国际期刊《Small》（IF=11.459）发表题为“Progress of Exsolved Metal Nanoparticles on Oxides as High Performance (Electro)Catalysts for the Conversion of Small Molecules”的长篇综述论文，第一作者为博士研究生孙翔，环境与能源学院陈燕教授与上海交通大学化学化工学院尹屹梅副研究员为共同通讯作者。

利用可再生能源的电和热来催化小分子转化为高附加值的化学品具有巨大的社会经济和环境效益（图一）。然而，缺乏活性高，长期稳定性好，成本低的催化剂，严重影响了这些转换过程的进行。近年来，溶出型金属纳米粒子氧化物作为一种有前途的催化剂得到了广泛的应用，其高活性和稳定性为小分子的转化途径提供了应用的可能性。

▲图一、利用可再生能源通过热或电催化转化小分子

相对于外源型负载型金属氧化物催化剂，原位溶出型催化剂溶出的金属颗粒通常嵌入具有坚固异质界面的氧化物基体中（图二）。因此，金属颗粒和氧化物基体之间存在强烈的相互作用，这有助于电子离子在金属-氧化物界面上的传输，以及防止金属颗粒的团聚或生长，并且提供了丰富的三相界面。此外，与外源金属颗粒相比，溶出金属颗粒在氧化物表面的分布更均匀，在相同的金属负载下，颗粒尺寸更小。结果表明，金属颗粒溶出的氧化物具有较高的催化活性、较好的稳定性、良好的抗结焦性和抗H₂S中毒性。

▲图二、外源法和原位溶出法制备氧化物负载金属颗粒催化剂的对比图

在本综述中，首先总结了近年来利用材料的内在特性和外部环境条件控制溶出的研究进展。包括本征材料性质（B位阳离子掺杂种类、A位非化学计量比、相变、晶面取向和应变）和外部环境条件（还原性气体环境、温度、时间和电偏压）（图三）。然后，探讨了溶出的热力学驱动力并详细介绍了目前文献中提出的几种溶出驱动力。讨论了表面构型、氧空位、B位共掺杂、A位空位形成等因素对热动力学驱动力的影响。

▲图三、材料的内在特性和外部环境条件对溶出行为的影响示意图

此外，总结介绍了近年来利用氧化物负载溶出金属纳米颗粒作为小分子转化催化剂的研究进展。这些反应分为烷烃重整反应、一氧化碳氧化反应、二氧化碳利用反应、高温蒸汽电解反应和低温电催化反应5类(图四a)。另外介绍了用于评价催化性能的代表性实验反应装置，包括固定床反应器、膜反应器(CMR)、固体氧化物电池(SOC）和液体反应器(图四b)。

▲图四、（a）溶出型催化剂催化的典型小分子反应；（b）文献中使用的实验装置

总结