在国家自然科学基金项目（批准号:52025011、51390474）等资助下，浙江大学电子显微镜中心张泽院士、王勇教授团队联合中国科学院上海高等研究院高嶷团队、丹麦技术大学瓦格纳、汉森（Wagner, Hansen）团队在环境透射电镜中，首次在原子尺度下一氧化碳催化氧化过程中观察到催化剂界面活性位点的可逆变化，并据此实现了界面活性位点的原子级别原位调控。研究成果以“一氧化碳氧化反应中原子尺度原位调控金-二氧化钛活性界面（In-situ manipulation of the active Au-TiO2 interface with atomic precision during CO oxidation）”为题，于2021年1月29日在《科学》（Science）上在线发表。论文链接：https://science.sciencemag.org/content/371/6528/517。
在原子水平看清楚催化剂活性位点的反应过程、揭示活性位点处催化反应的微观机制，进而实现对活性位点原子级别的精准调控是科学界的难题。长久以来，金自身一直表现出催化惰性，而当金以纳米颗粒形式负载在二氧化钛载体上时，金与二氧化钛载体的界面作为活性中心在多种催化反应中发挥着关键作用，从而表现出催化活性。但是，在原子层面上的界面催化过程目前还是一个神秘的“黑匣子”，研究人员未曾看到过真实催化过程中其活性界面原子级别的动态演变，因而无法进一步对其界面的活性位点进行精准调控。
研究人员利用先进的球差矫正环境透射电子显微镜技术，在一氧化碳氧化反应环境下对金-二氧化钛构成的催化界面进行了原子尺度的观察。与金颗粒固定不动的固有认识不同，他们发现在催化过程中，负载在二氧化钛表面的金颗粒可以发生可逆的面内（外延）转动，改变了催化剂界面结构，从而影响界面活性位点及相对应的催化活性。因而，研究人员通过催化反应条件的控制，实现了金-二氧化钛界面的转动操控，原位调控了金催化剂的界面活性位点。
这项研究揭示了反应环境下催化剂界面活性位点的动态演变规律，为催化剂的设计提供了新思路，将有助于人类通过原子层面的原位“智造”开发出更为优秀的催化剂。
图1 环境透射电镜从侧视视角和俯视视角观察到金在二氧化钛表面的转动