催化剂是现代化工产业的“心脏”，而金属与载体间的界面结构是决定其性能的关键。其中，金属-载体强相互作用（SMSI）能显著改变金属纳米粒子的结构和电子性质，是调控催化性能的核心机制之一。然而，传统研究多聚焦于金属在单一载体上的行为，对于金属在不同载体之间的动态迁移并构建多功能界面的过程与机制尚不清晰。
石川教授课题组长期致力于环境与能源催化研究，聚焦于碳基能源小分子的定向转化、催化剂表界面结构调控及反应机理研究。近日，大连理工大学石川教授、郭新闻教授、刘新副教授与北京大学马丁教授合作，在界面工程领域取得重要进展。研究首次发现并系统阐释了镍纳米粒子在还原条件下从二氧化硅向碳化钼的定向迁移与再分散现象，并借此成功构建了具有优异催化性能的双界面催化剂。该成果以研究论文形式发表于国际权威期刊《自然·通讯》（Nature Communications），为理性设计高性能多界面催化体系提供了新思路。
研究团队以Ni/SiO2和Mo2C为模型体系，发现在一定温度与还原气氛下，镍纳米粒子可以从惰性SiO2表面“迁移”至Mo2C表面，并发生显著的再分散，形成尺寸更小的Niδ+物种。这种迁移的驱动力源于镍与碳化钼间更强的化学相互作用。通过系统研究碳源、混合方式、气氛和温度等参数，团队揭示了调控这一迁移过程的关键因素。基于上述定向迁移机制，研究者成功构建了Ni/Mo2C-Ni/SiO2双界面催化剂。在CO2加氢反应中，该催化剂表现出卓越的性能：与Ni/SiO2或Ni/Mo2C参比剂相比，双界面催化剂能将产物选择性的几乎完全转向甲烷，同时CO2转化率提升一倍以上。甲烷生成速率达到127 mmol g-1 h-1，分别是Ni/SiO2和Ni/Mo2C催化剂的4.2倍和18.1倍。
这项工作不仅首次在实验上观测并阐释了金属在不同载体间诱导迁移构建双界面的现象，而且发展了一种通过调控SMSI理性设计高性能催化剂的新策略。该策略对于二氧化碳资源化利用、氢能存储与转化以及其他涉及复杂反应网络的催化过程具有重要的借鉴意义。本文第一作者为大连理工大学王海燕、北京大学秦学涛博士、北京大学高梓睿博士。大连理工大学石川教授、郭新闻教授、刘新副教授、北京大学马丁教授为共同通讯作者。研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费、中国博士后科学基金等项目的资助，大连理工大学为第一完成单位。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-64030-9
