就幾何效應而言，金屬-載體界面上氧空位的形成最具代表性，它通常作為各種涉及含氧物種的多相催化反應的活性位點。在某些情況下，負載的金屬納米團簇的晶格畸變(壓縮或膨脹)引起電子性質的變化，會影響反應物物質的吸附和解離。

值得注意的是，金屬相進入氧化物載體的包埋策略已被用于抑制金屬燒結和提高催化劑的穩(wěn)定性。與電子結構相比，金屬-載體界面處幾何結構的微觀表征非常具有挑戰(zhàn)性，這阻礙了對幾何效應的深入探索和研究。此外，一些基本問題仍未得到解決。例如，是電子效應與幾何效應密切相關，還是幾何結構對金屬粒子的電子結構和穩(wěn)定性有重要影響?

近日，北京化工大學衛(wèi)敏、楊宇森、北京大學馬丁和北京科技大學邢獻然等選擇Pt/CeO₂作為模型催化劑，系統(tǒng)地研究了幾何結構與電子結構之間的內在聯(lián)系。具體而言，研究人員以CeO₂(110)和CeO₂(100)為載體制備了負載型超細Pt團簇(約1.6 nm)，考察了其在水煤氣變換反應(WGSR)中的催化性能。

基于ac-HAADF-STEM、SR-XRD和EXAFS，在Pt/CeO₂(110)催化劑的金屬-載體界面處發(fā)現(xiàn)了獨特的部分嵌入結構，其中Pt原子進入CeO₂(110)的晶格中的3-4個原子層，而這種現(xiàn)象在CeO₂(100)載體中不存在。

實驗研究和理論計算綜合研究表明，這種幾何結構在Pt/CeO₂(110)中誘導了顯著的電荷轉移，導致Pt物種的電子密度減少和Pt^δ+-O_V-Ce³⁺界面位點的形成，并且該位點作為優(yōu)化CO化學吸附和促進H₂O解離的內在活性中心，這是Pt/CeO₂(110)具有優(yōu)異催化性能的原因。此外，這種機械嵌入構型對于保證金屬團簇的穩(wěn)定性和催化劑的使用壽命起著至關重要的作用。

結果表明，不同晶面對金屬相的嵌入策略有較大影響，與CeO₂(100)晶面相比，缺陷密度較高的CeO₂(110)晶面更有利于金屬相的嵌入。綜上，該項工作所提到互嵌結構證明負載型金屬催化劑的幾何效應和電子效應之間存在著密切的聯(lián)系，這為合理設計穩(wěn)定性大幅度提高的負載型金屬催化劑奠定了基礎。

Highly stable Pt/CeO₂ catalyst with embedding structure toward water–gas shift reaction. Journal of the American Chemical Society, 2023. DOI: 10.1021/jacs.3c12061