示意图：使用反响环境原子级调控催化剂活性界面结构 来历/浙江大学王勇课题组
纳米资料，咱们必定听说过，它现已广泛应用于国民经济的各个领域。表界面结构是决议纳米资料功用的关键因素。以负载型催化资料为例，金属颗粒与氧化物载体之间构成的界面在许多重要反响中起着关键性效果。但怎么调控这一活性界面，是当今科学界的一大应战。金属颗粒在负载进程中与基底构成的界面具有随机性，负载完结今后也缺少有用手法对界面进行“精修”，这使得准确调控颗粒与氧化物间的活性催化界面成了一个“不或许的使命”。
经过近五年的协作研讨，浙江大学、我国科学院上海高级研讨院、丹麦科技大学的研讨团队使用环境透射电子显微镜的原位表征和第一性原理核算，对原子标准下一氧化碳催化氧化进程中观察到的催化剂界面活性位点的可逆改变进行解析，了解了活性界面与反响环境之间的动态原位相关联系，终究提出并初次完成了界面活性位点的原子等级精准原位调控。北京时间今日清晨，该效果在线宣布于世界尖端期刊《科学》（Science）。
负载在二氧化钛外表的金颗粒是将一氧化碳转化为二氧化碳的重要催化剂，也是工业催化研讨中的常见组合。浙江大学依托其拿手的原位环境电镜展开催化反响试验，经过原子层面的原位表征，初次发现两大现象：一是看到催化反响时金颗粒产生面内（外延）滚动（约9.5°），初次经过可视化试验直观证明了活性位点坐落界面；二是发现中止通入一氧化碳催化时，金颗粒又奇特的转回到本来的方位。为了彻底承认滚动现象，浙江大学试验团队更是从侧视与仰望两个视点进行了精密审慎的表征。之所以如此稳重，是由于这次看到的催化剂旋转现象，一般被人们认为是不或许产生的现象。由于金颗粒和二氧化钛结合在一起时构成了新的化学键，“焊接”十分结实，即便是被高能量的电子束炮击也都纹丝不动。
是什么将“不或许”变成了“或许”，试验观察到的现象背面的机制是什么，这是否可以被使用来完成催化剂界面准确调控的愿望？中科院上海高级研讨院理论团队依据试验效果首要斗胆猜想，诱导颗粒滚动的“首恶”是界面吸附的氧，并就此估测展开了一系列第一性原理及纳米标准热力学核算。效果显现，界面缺氧状态下的颗粒与二氧化钛载体紧密结合的一起，丧失了必定的吸氧才干，滚动了一个小的视点之后的颗粒界面则能供给多且好的吸附氧活性位点。为了能更好的与吸附氧相结合，习惯高氧环境，颗粒滚动由此产生。而在界面氧被活化与一氧化碳反响之后，颗粒又回到了原有方位以便与载体紧密结合。
根据这样的理论知道，科研人员进一步提出了经过替换气体环境与操控温度等来准确调控界面的规划思路，并终究在原位电镜试验中得以完成。
中科院上海高级研讨院朱倍恩博士介绍，一般人们认为固体晶体是一种安定的资料，对固体晶体资料的调控有必要从其生长进程着手，一旦资料成型再要调控是十分困难的。“就像一个乐高玩具，假如咱们想要重塑其结构，有必要进行拆解才干再构。”但最近十多年的原位研讨显现，纳米固体晶体资料远没有咱们想的那么“硬”，而是更像橡皮泥相同具有很强的原位可塑性。这些原位试验现象昭示了一种革命性的原位“智造”纳米资料的或许性，可是这一切的条件是能合理猜测其改变。
中科院上海高级研讨院研讨员高嶷团队长时间着力原位理论新模型“从0到1”的建造，经过一系列理论模型的开展，证明了纳米资料从平衡结构到非平衡结构演化进程的可猜测性，一起在与试验协作中充沛展示了理论模仿对原位试验现象从了解到规划可以起到的重要效果。二零二零年初研讨团队宣布在《科学》上的一项效果中，科研人员协作使用原位环境电镜和根据第一性原理的热力学研讨，证明了二氧化钛外表水分子结构在不同反响环境中的可逆改变，为了解氧化物外表在实在条件下的催化机制供给了原子标准的根本知道。在这次的作业中，科研人员再次证明了使用反响环境原位精准调控资料功用外表与界面的可行性与宽广未来。