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負載型金屬納米顆粒的燒結(jié)是材料與催化科學中的普遍現(xiàn)象,，也是化工過程中催化劑失活的主要誘因。傳統(tǒng)理論認為,，這一燒結(jié)行為主要通過基底傳質(zhì)介導的兩種經(jīng)典機制進行——奧斯特瓦爾德熟化（OR）或顆粒遷移融合（PMC）,。盡管借助環(huán)境透射電鏡等原位表征技術(shù),，科研人員已在低壓條件（≤1 bar）下驗證了上述燒結(jié)機制,，但在工業(yè)催化普遍存在的高溫高壓極端工況中,，其動態(tài)演化機制仍不明確。因此,，深入探究苛刻工況下催化劑的原子尺度動態(tài)行為和燒結(jié)機制,，對工業(yè)催化的抗燒結(jié)策略開發(fā)具有重要意義。中國科學院上海高等研究院研究員高嶷團隊采用此前發(fā)展的反應(yīng)環(huán)境動力學蒙特卡洛（EKMC）模擬方法,，結(jié)合密度泛函理論（DFT）,，系統(tǒng)研究了銳鈦礦型二氧化鈦（TiO2（101））負載金（Au）納米顆粒在高溫、一氧化碳（CO）高壓環(huán)境中的原子級重構(gòu)機理,，并提出顆粒跳躍融合（PHC）這一新的燒結(jié)機制,。基于EKMC模擬方法,，該研究發(fā)現(xiàn)：在高CO壓強,、高溫條件下，Au納米顆粒會脫離銳鈦礦型TiO2（101）載體,，發(fā)生“空中跳躍”,，進而通過空中傳質(zhì)實現(xiàn)顆粒融合。完成空中融合的浮動顆粒在超越臨界尺寸時,，會重新沉積到載體表面,。該現(xiàn)象源于高CO化學勢環(huán)境下，小尺寸金顆粒的界面原子與CO的強相互作用,，其作用力超過了顆粒-基底結(jié)合能,。該發(fā)現(xiàn)不僅揭示了催化劑工況下燒結(jié)的新路徑，還暗示在反應(yīng)過程中納米顆粒的燒結(jié)失活和載體間的催化劑遷移可能比預(yù)期更為頻繁,。研究工作為理解極端工況下催化劑的熱失活提供了新視角,，并為跨尺度時空耦合的納米體系模擬建立了研究方法框架。相關(guān)研究成果以Particle Hopping and Coalescence of Supported Au Nanoparticles in Harsh Reactive Environments為題,，發(fā)表在《美國化學會志》（JACS）上,。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金委,、上海市科學技術(shù)委員會,、上海超算中心的支持。論文鏈接研究建立的EKMC模擬方法流程圖PHC燒結(jié)機制簡述圖