该研究由Lili Lin、Jinjia Liu、Xi Liu等来自浙江大学、北京大学、布鲁克海文国家实验室等多家机构的研究团队合作完成，发表于2021年的《Nature Communications》期刊（DOI: 10.1038/s41467-021-27116-8）。研究聚焦于多相催化中金属粒子高温烧结（sintering）现象的逆向调控，提出通过强金属-载体相互作用（SMSI）实现镍（Ni）颗粒在γ-Mo2N载体上的热稳定分散。

学术背景
多相催化中，纳米金属颗粒的高温烧结是催化剂失活的主要原因之一。传统应对策略如限域封装（confinement）虽能抑制烧结，但会引入传质限制等问题。近年来，”逆向烧结”（reverse sintering）概念兴起，即通过热力学驱动将大颗粒金属重新分散为小尺寸甚至单原子态。该研究的核心目标是验证γ-Mo2N载体能否通过SMSI效应诱导Ni颗粒自发分散为二维簇结构，并探究其催化特性。

研究流程与创新方法
1. 理论模拟阶段
- 采用从头算分子动力学（AIMD）模拟Ni19和Ni55颗粒在590°C下于γ-Mo2N(111)表面的结构演化。创新性构建了Ni4N/γ-Mo2N模型，通过界面自由能计算证明Ni分散是热力学自发过程（能量降低9 eV）。
- 对比实验显示：氧覆盖的γ-Mo2N或CeO2载体均无法实现Ni分散，证明还原态Ni与裸露Mo位点的强相互作用是关键。

1. 催化剂制备

   • 通过高温液相法合成4 nm Ni纳米颗粒（Ni-4nm），采用初湿浸渍法负载于γ-Mo2N载体（2 wt%负载量）。
     
   • 独创性使用环境二次电子/透射电镜联用技术（ESE/STEM），首次实现在原位还原条件下观测Ni颗粒的二维化过程。
     

2. 原位表征

   • 同步辐射X射线吸收精细结构（XAFS）显示：590°C还原后Ni-Ni配位数从10.8（CeO2载体）降至4，同时出现Ni-Mo键（2.62 Å）。
     
   • 环境压力XPS（AP-XPS）证实Ni电子向载体转移，Ni 3d结合能正移0.4 eV。
     
   • 动态ESE/STEM直接捕捉到Ni颗粒在520°C下从三维颗粒（5-7 nm）向二维筏状结构的转变，FFT分析鉴定中间体为Ni4N相。

3. 催化性能测试

   • 在CO2加氢反应中，传统Ni/CeO2催化剂生成甲烷（400°C时CH4选择性>70%），而Ni/γ-Mo2N-590表现出99%的CO选择性。
     
   • 连续50小时稳定性测试显示活性无衰减，首次实现Ni基催化剂在高温反应中对CO的近专一选择性。

关键结果与逻辑链条
- AIMD预测的Ni分散现象被原位表征完全验证：XAFS检测到Ni-Mo键形成，STEM直观显示二维簇结构，二者共同支持”强相互作用驱动分散”的机制。
- 电子转移效应（XPS与XANES白线强度增加）解释催化选择性反转：缺电子Ni抑制CO解离，阻断甲烷化路径。
- Ni4N中间体的发现（通过FFT分析）完善了分散动力学模型，AIMD进一步证实其分散能垒（-18 eV）低于金属Ni。

科学价值与应用意义
1. 理论层面：首次建立过渡金属氮化物载体诱导逆向烧结的普适性规则，为设计抗烧结催化剂提供新范式。
2. 方法学创新：ESE/STEM联用技术开创了高温反应环境下表面结构演变的原位观测新方法。
3. 工业应用：开发的Ni/γ-Mo2N催化剂在CO2资源化利用中实现高选择性制CO（化工合成气关键组分），且避免贵金属使用。

研究亮点
- 发现γ-Mo2N的”金属饥饿”效应：Mo缺电子特性可解离Ni颗粒并稳定低配位Ni簇。
- 颠覆传统认知：首次证明Ni基催化剂可通过结构调控完全抑制甲烷化路径。
- 多尺度表征策略：从AIMD预测（埃级）到ESE/STEM观测（纳米级）的完整证据链。

其他价值
该工作提出的”载体设计→逆向烧结→电子调控→选择性定制”研究框架，可拓展至其他过渡金属催化剂体系。文中开发的Ni4N结构模型为氮化物中间体的理论研究提供了新模板。