催化剂失活限制了高温催化反应（如甲烷干重整）的应用，而纳米颗粒的析出可能会为解决这一问题铺平道路。
然而，在苛刻的反应条件下，析出程度很容易失衡，导致金属纳米颗粒要么烧结，要么析出不足。
2025年5月22日，中国科学技术大学曾杰、严涵在国际知名期刊Angewandte Chemie International Edition发表题为《Harmonizing Nanoparticle Exsolution from Ce-Sm Oxide Matrix for Stable Methane Dry Reforming》的研究论文，叶勇杰、Haofan Lei、Yuanbin Qin为论文共同第一作者，曾杰、严涵为论文共同通讯作者。
曾杰，中国科学技术大学讲席教授，国家杰青（2019），国家重点研发计划首席科学家，英国皇家化学会会士。1980年出生，2002和2008年本博毕业于中国科学技术大学，博士导师为侯建国院士。2008年在美国圣路易斯华盛顿大学夏幼南教授研究团队从事博士后工作。2012年开始在中国科学技术大学任教授，2025年任安徽工业大学校长。
曾杰教授的研究方向包括在原子尺度精准设计催化剂表界面活性位点，并调控其配位原子结构和电子结构；在原子分子尺度探索碳基小分子活化转化过程中的关键过程和调控机制。已在Nature Nanotechnol.、Nature Energy、Chem、Nature Commun、Chem. Rev.、JACS 、Angew. Chem. Int. Ed.、Nano Lett.、Adv. Mater.等高影响力学术期刊发表了100多篇论文，被SCI引用12000余次。
严涵，中国科学技术大学特任副研究员。2014年、2019年在山东大学取得学士和博士学位（导师：贾春江教授）。2019-2021年于清华大学从事博士后研究，师从李亚栋院士及王定胜。2021年至今就职于中国科学技术大学微尺度物质科学国家研究中心，合作导师为曾杰教授。
严涵目前主要从事金属–氧化物催化材料制备及碳一分子催化转化研究工作，特别是金属–稀土氧化物的多相催化应用。在包括Nature Commun，J Catal，Appl Catal B，Angew chem等国际科学期刊中发表SCI论文共20余篇。
在本文中，作者实现了从铈–钐氧化物基质中析出高度分散且暴露在外的铑纳米颗粒。从研究Rh-CeO2和Rh-Sm2O3的的金属–载体相互作用入手，作者通过多种原位技术研究了铑纳米颗粒的析出动力学。
CeO2的快速析出会导致铑烧结和催化失活，而Sm2O3的缓慢析出则会导致铑被封装，活性较差。
平衡的金属–载体相互作用使铑纳米颗粒从铈–钐氧化物基质中析出，制造出一种抗烧结且抗焦化的甲烷干重整催化剂。
本工作为开发结构坚固的催化剂提供了启示，其关键在于纳米颗粒析出的工程设计。
图1：晶体结构分析
图2：电子和配位结构表征
图3：DRM反应的催化性能
图4：使用过的催化剂表征
图5：MSI调控机制
综上，作者通过调控金属–载体相互作用（MSI）来实现从铈–钐氧化物基质中析出高度分散且暴露的铑纳米颗粒，并将其应用于甲烷干重整反应，以解决高温催化过程中催化剂失活的问题。
该研究不仅为高温催化反应中催化剂的抗烧结和抗焦化设计提供了新的思路，还通过纳米颗粒析出的工程化调控，为开发结构坚固的催化剂提供了理论依据和实验方法。这种通过金属–载体相互作用调控纳米颗粒析出的策略，为解决高温催化中的稳定性问题提供了重要的参考。
该催化剂在甲烷干重整反应中展现出优异的长期稳定性和高活性，有望在工业上实现高效、稳定的合成气生产，为实现“净零排放”能源系统提供技术支持。此外，该研究方法还可推广至其他高温催化反应和电解过程，如固体氧化物电解池（SOEC）和固体氧化物燃料电池（SOFC），具有广阔的应用前景。
Harmonizing Nanoparticle Exsolution from Ce-Sm Oxide Matrix for Stable Methane Dry Reforming, Angew. Chem. Int. Ed., 2025. https://doi.org/10.1002/anie.202503997.