载体上具有高度分散的活性相的负载型催化剂是最重要的工业催化剂。大量研究表明，活性相和载体之间的界面相互作用/界面位点（催化作用）至关重要。然而，由于接触面积的限制，通过传统方法制备的负载型催化剂通常呈现低界面密度。

有鉴于此，南京大学郭学锋教授报道了一种离子交换逆负载（IEIL）方法，通过离子交换反应将载体的前体可控地沉积在活性相的前体上，从而制备活性核被（载体）包围的具有各种结构的催化剂。

文章要点

1）将金属氢氧化物前体（A_p，金属离子A^m+）添加到载体前体（B_p，金属离子Bⁿ⁺）的溶液中，并通过溶解度乘积（Ksp）的差异驱动离子交换（IE）反应。通过在A_p表面上用Bn+取代金属离子A^m+形成A_p@B_p混合金属氢氧化物（MMH），形成具有高金属-金属氧化物界面密度和高度分散金属的核壳结构A@B催化剂可以实现纳米颗粒，随后进行煅烧和还原A_p@B_p MMH。

2）离子交换的程度决定了B_p壳的厚度，更重要的是，丰富的A_p或B_p来源有助于催化剂的多样性，这表明IEIL策略的普遍性。在控制离子交换程度和A_p和B_p的各种组成的基础上，催化剂的构型可以从具有核壳结构的A@B变为具有逆结构，梯度结构的A@B等。所有这些都属于具有高界面面积/密度和稳定性的包围式（A包围B）催化剂。

3）研究人员以镍基包围催化剂为例，当A_p代表Ni(OH)₂纳米片时，用高交换度的Al³⁺代替Ni²⁺可得到具有核-壳结构的Ni@Al₂O₃-IE包围催化剂（环绕催化剂I），而与Ce³⁺的交换程度较小，则导致Ni@CeO₂-IE包围的催化剂具有相反的结构（环绕的催化剂II）。

4）在富含铜壳的情况下，将Ni²⁺替换为Cu²⁺以实现具有梯度结构的Ni@Cu-IE包围的催化剂（环绕的催化剂III）。与传统的浸渍法合成的相应的负载型催化剂相比，所得到的包围催化剂在诸如CO甲烷化，转移加氢反应等催化反应中表现出非常优异的性能。

Hao et al., Surrounded catalysts prepared by ion-exchange inverse loading, Sci. Adv. 2020

DOI：10.1126 / sciadv.aay7031

https://advances.sciencemag.org/content/6/20/eaay7031