研究人员探究纳米颗粒如何影响催化中的邻居

您受邻居影响了吗?催化剂中的纳米粒子也是如此。瑞典查尔默斯工业大学的最新研究发表在《科学进展与自然通讯》杂志上，揭示了最近的邻居如何确定纳米颗粒在催化剂中的工作情况。

“这项研究的长期目标是能够识别出超微粒子，在未来为更有效的催化剂做出贡献。为了比今天更好地利用资源，我们还希望尽可能多的微粒子积极参与其中。同时进行催化反应。”查尔默斯理工大学物理系研究负责人克里斯托夫·兰汉默(Christoph Langhammer)说。

想象一下，一大群邻居聚集在一起打扫公共庭院。他们着手开展工作，每个人都为小组工作做出了贡献。唯一的问题是，并非每个人都同样活跃。有些人努力工作，高效工作，而另一些人闲逛，聊天和喝咖啡。如果仅查看最终结果，将很难知道谁最有效，谁干脆。为此，您需要全天监视每个人。这同样适用于金属纳米粒子在催化剂中的活性。

通过睦邻合作寻求更有效的催化剂

催化剂内部有几个颗粒影响反应的有效性。人群中的某些粒子有效，而其他粒子则无效。但是，这些粒子通常隐藏在不同的“孔”中，就像在海绵中一样，因此很难研究。

为了能够看到催化剂孔内真正发生的情况，查尔默斯理工大学的研究人员在透明的玻璃纳米管中分离了少量的铜颗粒。当几个气体聚集在一个小的充气管中时，就有可能研究在实际条件下哪些颗粒在做什么，什么时候在做什么。

在管中，颗粒与流入的氧气和一氧化碳的气体混合物接触。当这些物质在铜颗粒的表面相互反应时，形成二氧化碳。在汽车的催化转化器中净化废气时，会发生相同的反应，除了那里，铂，钯和铑的颗粒通常用于分解有毒的一氧化碳而不是铜。但是这些金属价格昂贵且稀缺，因此研究人员正在寻找更具资源效率的替代品。

“铜可能是氧化一氧化碳的一种有趣的候选物。挑战在于铜在反应过程中会发生自身变化的趋势，我们需要能够测量当铜颗粒在催化剂内部最活跃时其氧化态。 “有了我们的纳米反应器，它可以模拟真实催化剂内部的孔，现在将成为可能。”查尔默斯物理系博士后研究员，最近发表在《科学进展》和《自然通讯》上的两篇科学文章的第一作者戴维·阿尔宾森说。

任何看过旧的铜屋顶或雕像的人都会认识到，红棕色的金属与空气和污染物接触后如何很快变成绿色。催化剂中的铜颗粒也会发生类似的情况。因此，重要的是要让他们有效地合作。

克里斯托夫说：“我们现在显示的是，粒子的氧化态可以在反应过程中受到其最近邻域的动态影响。因此，希望最终是我们可以在催化剂的优化邻域合作的帮助下节省资源。” Langhammer，查尔莫斯大学物理系教授。

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