2026年1月23日，我院张洲洋副教授在《Nature Communications》期刊发表题为“Nonequilibrium pulsed heating freezes sintering of supported metal nanocatalysts”的研究论文，张洲洋、南昌大学费林峰教授、西北工业大学应亦然教授、中国科学院化学研究所黄长水教授为论文共同通讯作者。这是我院自2025年以来在该刊上发表的第四篇研究论文，也是2026年开年首月在该刊发表的第二篇研究论文。

开发高效、稳定的催化剂是材料科学领域的核心课题之一。负载于惰性载体上的金属纳米颗粒因具有高比表面积和优异催化活性，在复杂催化反应中展现出巨大潜力。然而，其在制备或使用过程中常经历高温环境，因热力学驱动将发生不可逆的烧结行为导致颗粒团聚、活性位点减少，进而显著降低催化性能和使用寿命。为抑制热致烧结，超快加热技术近年来被大力发展，并已用于在载体上合成各类金属纳米粒子乃至单原子。然而，与传统加热方式相比，超快加热（这种以动力学为主导的非平衡脉冲加热过程）如何从微观动力学角度调控金属纳米催化剂的形态演化，尤其在高结晶度、超小纳米颗粒的形成与抗烧结机制方面，尚不明确。

团队采用原位扫描透射电子显微镜（in situ STEM）结合理论计算，以石墨烯负载铂纳米颗粒（Pt/graphene）为模型体系，实时观测并阐释了超快加热过程中纳米颗粒的微观结构演变。研究发现，在超快脉冲加热条件下，Pt纳米颗粒处于热力学不稳定而动力学稳定的亚稳态，从而抑制了其在石墨烯表面的长程扩散与烧结；而传统加热则允许Pt纳米颗粒自由迁移并合并。重复的脉冲加热可逐步提升纳米颗粒的结晶度，并促进其与石墨烯载体在晶格尺度上的匹配优化，进而赋予材料优异的抗烧结性能。这项研究从原子尺度揭示了脉冲加热稳定金属纳米颗粒的机理，为高性能纳米催化剂的非平衡合成提供了重要参考。

本项工作得到了国家自然科学基金（No. 22405142）、宁夏自然科学基金（No. 2024AAC03027）等项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-68539-5