納米金屬催化劑的金屬-載體相互作用（Metal-support Interactions- MSI）對催化性能有很大的影響，通過調控金屬-載體相互作用以提高催化性能是一個重要方法。然而，由于催化劑種類、催化反應、改性策略的復雜性，這一問題近年來受到了廣泛的關注，缺乏對該領域的系統化梳理。在這篇文章中，我們分類講述了在調控金屬-載體相互作用提高各種反應的催化性能的策略方面進展。

金屬納米顆粒因其獨特的尺寸、形貌和組成可控，是各種催化劑的基礎組成部分。目前已開發了幾種策略來設計和調控這些特性。其中一個關鍵的策略是將納米粒子固定在載體上，以提高其穩定性并控制其空間分布。然而載體通常不是惰性的，與納米粒子的相互作用會產生新的界面現象。被稱為金屬-載體相互作用（Metal-support Interactions）。

金屬-載體相互作用(MSI)對催化的影響源于金屬納米粒子與其載體之間的相互作用。**的MIS現象涉及電荷轉移、界面位點、納米粒子形貌、化學成分和強金屬-載體相互作用(SMSI)要素。這些要素往往交互在一起，在不同的催化反應中各起不同作用。下面重點介紹上述MIS的五大要素。

一、電荷轉移

金屬納米顆粒(NP)與載體之間的界面可以引起兩種材料中電子的重排。具有明顯影響的電子的再分布僅限于界面上的幾個原子層，在某些情況下，可能伴隨著從納米粒子中的金屬原子或載體的金屬離子的氧化狀態的變化。電荷轉移的大小和方向是由金屬NP和載體的費米能級的差異驅動的，尋求電子化學勢的平衡。納米粒子的金屬特性使電子具有遷移率，但它們的大小與納米體系有關，因為NP越小，其電子態的局域性就越強。載體的幾個特性對電荷轉移很重要，如其導電性、還原性、暴露晶面、形貌和缺陷的發生

二、界面位點

NP周邊的界面位置是一個獨特的環境，因為它們直接與NP，載體和反應物接觸，從而同步促進了催化反應。此外，在電荷轉移時已經證明界面位點原子有利于過量電荷的積累。所有這些都能**增強分子在界面位點的吸附和反應。此外，納米粒子與載體表面的不同基團或缺陷（例如氧空位、羥基、路易斯酸或堿）的緊密接近也可能有助于反應物或產物的局部順序反應或穩定過渡態。

通過界面周界的溢出也可能發生。隨著反應物在一個表面上的激活而啟動，通常是在金屬NP上，然后將其轉移到載體表面。在相同的條件下，**個表面不會激活反應物本身。研究溢出是氫，以及較少程度的氧氣或其他分子（例如，CO，-OCH3等）的溢出。

氫溢流現象

從載體到金屬納米粒子的溢出也可能發生，有時稱為反向溢出。載體的性質對溢出至關重要；雖然氫在可還原載體上的溢流發生得很快且發生在相對較大的距離，在費還原性載體上氫的傳播速度要慢十個數量級，并且僅限于短距離。

三、納米顆粒形貌

納米粒子的形狀和晶體結構對其催化性能有很強的影響，考慮到不同的形貌暴露了某些晶面，在不同反應中這些晶面具有利或不利的原子構型。金屬載體界面的粘附能影響納米顆粒的形狀。一般來說，具有較強附著力的載體可能會使顆粒暴露出更多晶面。觀察到的金屬氧化物載體的趨勢表明，

粘附能隨著金屬穩定氧化物的形成熱量的增加和金屬NP尺寸的減小而增加。除NP形貌外，高粘附能還會降低NPs的遷移率，從而降低其生長趨勢。

金屬NP的平衡形狀通常通過其總表面自由能來確定。與載體接觸會降低某些NP平面的表面能，從而使某些形貌優于其他形貌。如圖5，金屬的表面能在吸附氣體的反應條件下也會發生變化，其表面能的變化往往會影響與NP的接觸表面積，從而改變NP的形狀。此外，載體和納米顆粒的晶格之間的不匹配會產生應變和缺陷，從而改變NP的形態。另外，對于較小的金屬納米顆粒， 此外，晶格不匹配的影響對較小的金屬納米粒子更明顯，如觀察到的金納米粒子小于3nm載體二氧化鈦6。

四、化學成分

在金屬NPs和載體之間可以發生固態反應，從而形成新的相。物種的交換在兩個方向上都是可能的，通常發生在氧化還原過程中的相結合。可以使納米粒子中的金屬原子氧化或使載體中的金屬離子還原。這種現象具有矛盾的后果，因為所得物質既可以降低也可以提高催化性能。一方面，以犧牲活性金屬中心為代價形成非活性相，如混合金屬氧化物（例如金屬鋁酸鹽（尖晶石結構）），長期以來一直被認為是一個突出的失活過程。另一方面，通過從載體中還原金屬或類金屬離子以結合到金屬NP中，也可以形成高活性的金屬間合金納米粒子。這一現象引起了人們的廣泛關注，有時被稱為反應性金屬-載體相互作用(RMSI)。預沉積的金屬納米粒子有助于載體的活化。在高溫和還原條件下，載體中的前陽離子可以遷移到納米粒子上。

通過摻雜載體或采用二維載體可以促進這一點。該策略已**地應用，將難還原性金屬或準金屬（例如，Si，Al，V，Ti，Nb等）摻入后期過渡金屬NP中，從而產生了新的催化系統。合金化金屬納米顆粒的局部組成可通過與載體相互作用而受到影響，其中合金化納米顆粒中各組分的重新排列受到其元素與載體在界面上相互作用的驅動。這可能導致與均勻組成不同的組成重排，例如核殼等亞納米結構，影響金屬與金屬活性位的協同作用，從而影響其催化性能。

五、強金屬-載體相互作用(SMSI)

強金屬-載體相互作用一詞是指金屬氧化物被低價氧化物所覆蓋，其低氧化物是在還原條件下由載體產生的。該現象是由于“可移動”的載體亞氧化物將金屬NP的高表面能降低所致。能夠活化H的高表面能金屬很容易被封裝，因此還原性載體對于生成低價氧化物是必不可少的。覆蓋納米粒子的亞氧化物由幾個原子層組成，這些原子層可能具有非晶態特征，并且在不同的氣體氣氛下具有動態結構，圖6所示。由于表面活性位堵塞，NP的廣泛覆蓋不利于催化性能。但是，這些低價氧化物可以改變金屬表面的（局部）電子結構并充當路易斯酸，從而促進反應物的活化并改善催化性能。

不同類型的金屬載體相互作用現象和SMSI(包覆現象)示意圖

覆蓋納米粒子的亞氧化物由幾個原子層組成，可能具有非晶態性質，在不同的氣體氣氛下具有動態結構。由于堵塞，NP的廣泛覆蓋對催化性能有活性位7。然而，這些亞氧化物可以改變金屬表面的（局部）電子結構，起到路易斯酸的作用，從而促進反應物的活化，提高催化性能。

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