利用活性载体分散金属物种是构建高效界面催化剂的关键，通过调整负载金属催化剂中竞争反应物的吸附–活化模式为非竞争机制。
然而，这些活性载体在催化过程中容易变质，限制了催化剂的寿命及其潜在的实际应用。
因此，需要新的策略来同时保护活性载体和表面金属物种，而不损害固有的催化性能。
在此，来自中国科学院大学的周武&北京大学的马丁等研究者报道了一种新的策略，通过使用惰性纳米覆盖层来部分屏蔽和划分反应载体的表面，以增强高活性界面催化剂的结构稳定性。相关论文以题为“Shielding Pt/γ-Mo2N by inert nano-overlays enables stable H2 production”于2025年02月12日发表在Nature上。
构建高活性的金属–载体界面，是开发高效多相催化剂的关键策略。
与传统负载型金属催化剂中反应物竞争吸附–活化的机制不同，采用具有高反应活性的载体材料，能够在界面区域为反应物提供专属催化位点，从而建立非竞争性活化机制，显著改变反应路径。
这种界面效应，不仅能大幅提升催化转换效率，更能通过开辟全新反应通道实现突破性的催化性能。
在追求卓越活性和选择性的同时，提升催化剂的稳定性和耐久性始终是设计工作的核心目标，这对原子级分散的金属催化剂（如单原子催化剂SAC和全暴露团簇催化剂FECC）尤为重要。
由于金属烧结导致的寿命衰减问题，这类催化剂的实际应用面临严峻挑战。
通过精密调控载体材料以增强金属物种的锚定稳定性，是提升负载型催化剂耐久性的有效途径。
例如，利用CeO2与Pt之间的强相互作用，研究者通过热处理将Pt原子从Pt/La-Al2O3迁移并锚定在CeO2载体上，成功制备出兼具高活性和优异稳定性的单原子Pt催化剂。
在经典的Pd/γ-Al2O3体系研究中发现，高比表面积的γ-Al2O3载体在反应过程中易发生γ→α相变，导致载体结构坍塌和Pd颗粒烧结失活。
而通过引入镧（La）元素掺杂，可有效抑制这种相变过程，从而保持Pd物种的高度分散状态。
除金属活性位点烧结外，载体材料自身的劣化，同样是界面催化剂失活的重要原因。
对于过渡金属碳化物、氮化物等高活性载体，其表面在反应过程中易与反应物发生不可逆重构，直接破坏活性界面结构，导致催化性能衰减。
因此，在抑制金属烧结的同时，如何保护高活性载体免受反应环境影响，是开发长效界面催化剂必须解决的关键问题。
以α-MoC和γ-Mo2N负载的贵金属催化剂为例，这类体系在低温甲醇重整和水煤气变换制氢反应中展现出卓越性能，其优势源于载体优异的水分子解离能力。
然而这种特性恰似双刃剑：在α-MoC表面负载原子级分散的Pt虽可促进氧物种迁移，但载体自身易发生深度氧化导致结构破坏。
实验数据显示，Pt/α-MoC催化剂在甲醇重整反应中11小时活性即衰减62%，即使经过优化，260小时后仍失活70%。
若单纯增加贵金属负载量，不仅大幅提高成本，更可能导致金属团聚和界面结构破坏。
因此，亟需开发创新策略在保持本征活性的同时提升稳定性。
在此，本研究提出一种普适性新策略：通过构筑惰性纳米覆盖层保护高活性载体，在不牺牲界面活性的前提下显著提升催化剂耐久性。
以La氧化物纳米层修饰的Pt/γ-Mo2N甲醇重整催化剂为模型体系，系统研究表明：La覆盖层能选择性屏蔽γ-Mo2N载体的易氧化位点，有效阻断水分子引发的深度氧化过程。
该策略使催化剂在仅含0.26 wt% Pt的条件下，创纪录地实现800小时连续运行，累计转化数达1530万次。
更值得注意的是，经历长期反应后催化剂产氢活性仅衰减三分之一，展现出超长寿命潜力。
该保护策略可拓展至其他稀土（Y、Pr、Ho）和非稀土（Ca、Sr、Cs）元素，瞬态动力学分析证实不同覆盖层均能保持γ-Mo2N的本征活性，彰显方案的普适性。
这一突破性进展首次同步实现了高活性、高选择性和超高稳定性三大催化剂设计目标，为界面催化剂的工业化应用开辟了新道路。
图1 1Pt/γ-Mo2N和1Pt/2La-Mo2N催化剂的结构表征。
图2 Pt/La-Mo2N催化剂与典型贵金属甲醇重整催化剂的催化性能比较。
图3 1Pt/2La-Mo2N催化剂抗失活机理研究。
图4 不同惰性添加剂Pt/γ-Mo2N催化剂的催化性能及抗失活机理比较。
综上所述，本研究通过构筑惰性纳米覆盖层对γ-Mo2N载体表面进行分区屏蔽，实现了对高活性载体及金属–载体界面的双重保护。
基于该策略开发的原子级分散Pt/La-Mo2N甲醇重整制氢催化剂，在保持原子尺度Pt@γ-Mo2N界面本征活性的同时，创纪录地实现了800小时连续测试中1,530万次的高效循环，展现出工业化制氢应用的巨大潜力。
这种开创性策略为稳定高活性界面催化剂提供了新范式，不仅可大幅降低贵金属用量，更为拓展多相催化剂在复杂反应体系中的长效稳定运行开辟了新路径。
Gao, Z., Li, A., Liu, X. et al. Shielding Pt/γ-Mo2N by inert nano-overlays enables stable H2 production. Nature(2025).
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