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本網(wǎng)訊（物理與材料學(xué)院）近日，我校物理與材料學(xué)院費(fèi)林峰教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合寧夏大學(xué)張洲洋副教授、西北工業(yè)大學(xué)應(yīng)亦然教授、中國科學(xué)院化學(xué)所黃長水研究員等開展科研攻關(guān)，在超快加熱方法穩(wěn)定負(fù)載型金屬催化劑的機(jī)理研究領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。研究成果以“Nonequilibrium pulsed heating freezes sintering of supported metal nanocatalysts”為題發(fā)表于Nature Communications期刊上。物理與材料學(xué)院博士生黃家威為論文第一作者，費(fèi)林峰教授為通訊作者，南昌大學(xué)物理與材料學(xué)院為第一單位。

開發(fā)高效、穩(wěn)定的催化劑是材料科學(xué)領(lǐng)域的核心課題之一。負(fù)載于惰性載體上的金屬納米顆粒因具有高比表面積和優(yōu)異催化活性，在能源轉(zhuǎn)換和化學(xué)制造等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。然而，其在制備或?qū)嶋H使用過程中不可避免地涉及高溫環(huán)境（如在合成過程中分解前驅(qū)體、提升金屬顆粒結(jié)晶度，或在實(shí)際催化過程中激活反應(yīng)等），金屬顆粒因熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)易發(fā)生不可逆的燒結(jié)，從而導(dǎo)致顆粒團(tuán)聚、活性位點(diǎn)減少，并顯著降低催化性能和使用壽命。近年來，超快加熱作為一種新興的高溫合成方法，在抗燒結(jié)納米催化劑的合成方面顯示出重要的應(yīng)用潛力。該技術(shù)可在極短時(shí)間尺度內(nèi)（毫秒至秒級(jí)）對(duì)載體上的金屬前驅(qū)體實(shí)施閃速加熱與冷卻，從而瞬時(shí)形成具有高負(fù)載率、高結(jié)晶度和良好分散性的金屬催化劑。然而，在這種動(dòng)力學(xué)主導(dǎo)、熱力學(xué)非平衡條件下，超小尺寸、高結(jié)晶度納米顆粒的穩(wěn)定化機(jī)制尚不明確。

為此，研究團(tuán)隊(duì)采用原位掃描透射電子顯微技術(shù)結(jié)合理論計(jì)算，以石墨烯負(fù)載鉑納米顆粒（Pt/Graphene）為模型體系，實(shí)時(shí)觀測并闡釋了超快脈沖加熱過程中納米顆粒的微觀結(jié)構(gòu)演變。研究發(fā)現(xiàn)，鉑納米顆粒的抗燒結(jié)特性源于其在脈沖加熱下處于熱力學(xué)不穩(wěn)定但動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定的亞穩(wěn)態(tài)，這種狀態(tài)有效抑制了納米顆粒在石墨烯表面的長程擴(kuò)散與燒結(jié)；而傳統(tǒng)加熱方式則允許鉑納米顆粒自由遷移并發(fā)生團(tuán)聚。因此，反復(fù)的脈沖加熱可逐步提升鉑納米顆粒的結(jié)晶度，并促進(jìn)其與石墨烯載體在晶格尺度上的匹配優(yōu)化，進(jìn)而賦予負(fù)載型納米催化劑優(yōu)異的抗燒結(jié)性能。這項(xiàng)研究從原子尺度揭示了脈沖加熱穩(wěn)定金屬納米顆粒的作用機(jī)理，為高性能納米催化劑的非平衡合成提供了重要參考。

費(fèi)林峰教授長期致力于先進(jìn)功能材料的構(gòu)效關(guān)系及其原位電子顯微學(xué)研究，近年來在包括Nat. Commun.、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Sci.、ACS Nano等高水平雜志發(fā)表多篇論文。

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-68539-5

審核：許航、涂金鳳、朱文芳、陳小赤