随着气候挑战日益融入日常生活，有效消除温室气体的技术已成为全球关注的重点。其中，利用氧分解有害气体的催化技术是绿色净化的关键。韩国研究人员近期阐明了催化剂的一个新原理：其能根据反应环境选择性利用不同氧源，这为催化剂设计提供了新标准。

由韩国科学技术院化学与生物分子工程系李贤周教授、首尔大学韩正佑教授及韩国科学技术院朴正永教授组成的联合研究团队于2月4日宣布，他们首次明确了广泛用作环保催化剂的二氧化铈会因其尺寸不同而完全改变利用氧气的方式。该研究发表于《自然·通讯》期刊。

二氧化铈是一种金属氧化物催化剂，在减少昂贵贵金属催化剂用量的同时能实现高性能催化。因其可储存氧气并在需要时释放，在催化领域被称为“氧罐”。然而，此前对于反应中氧气的具体来源及使用条件一直缺乏清晰认知。

研究团队聚焦于催化剂能“根据情况选择并使用氧气”这一新概念，而非仅仅是“善于利用氧气”。为此，他们制备了尺寸经过精确控制的二氧化铈催化剂，范围从超小纳米尺度到相对较大尺寸，并系统分析了氧迁移与反应过程。

结果证实，小尺寸二氧化铈催化剂表现为“敏捷型”，可快速从空气中获取氧气并立即用于反应;而大尺寸催化剂则扮演“耐力型”角色，将内部储存的氧气持续输送至表面参与反应。

换言之，研究首次揭示了通过简单调节催化剂尺寸，即可根据反应条件选择使用空气中的氧气或内部储存的氧气这一设计原则。研究团队通过先进的实验分析与基于人工智能的模拟，同时验证了该机制。

团队将此原理应用于甲烷去除。甲烷是一种温室效应比二氧化碳强数十倍的温室气体，可通过催化氧化反应，利用氧气将其转化为二氧化碳和水予以消除。

实验结果显示，小尺寸二氧化铈催化剂通过即时利用空气中的氧气，在低温高湿环境下仍展现出稳定的甲烷去除性能。这表明在提升实际性能的同时，有可能显著减少昂贵贵金属(铂、钯)的使用量。

此项成果有望推动开发在雨水、湿气等现实工业环境中仍保持性能的高耐久催化剂，同时降低环保净化设备的制造成本，从而加速绿色能源与环保技术的商业化进程。

李贤周教授表示：“这项研究首次清晰区分了催化剂中氧发挥作用的两大核心机制，是一项重要进展。”她补充道：“这为根据反应条件定制设计应对气候危机所需的高效催化剂开辟了新路径。”该研究为开发更高效、低成本的环保催化剂提供了关键科学依据，对推进碳减排技术与气候应对策略具有重要意义。

出版详情：作者：Yunji Choi 等，标题：《理解以Pt单原子在表面反应中对蜡膜上的氧转移》，发表于：《自然通讯》(2026)。期刊信息： 《自然通讯》