研究人员探索纳米粒子如何在催化中影响邻居

你受到邻居的影响吗?催化剂中的纳米颗粒也是如此。瑞典查尔姆斯理工大学的一项新研究发表在《科学进展》和《自然通讯》杂志上，揭示了最近的邻居如何决定纳米粒子在催化剂中的工作效果。

“这项研究的长期目标是能够识别超粒子，为未来更高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粒子积极参与在催化反应的同时，”研究负责人克里斯托夫·翰墨在物理学在查尔姆斯理工大学的系说。

想象一下，一大群邻居聚集在一起打扫公共庭院。他们开始了自己的工作，每个人都为团队的努力做出了贡献。唯一的问题是并非每个人都同样活跃。有些人工作努力高效，有些人则四处闲逛、聊天和喝咖啡。如果只看最终结果，很难知道谁工作最多，谁只是放松了。要确定这一点，您需要全天监控每个人。这同样适用于催化剂中金属纳米颗粒的活性。

通过睦邻合作寻找更有效的催化剂

在催化剂内部，几个粒子会影响反应的有效性。人群中的一些粒子是有效的，而另一些则是无效的。但是这些颗粒通常隐藏在不同的“孔隙”中，就像海绵一样，因此很难研究。

为了能够看到催化剂孔内的真实情况，查尔姆斯理工大学的研究人员在透明玻璃纳米管中分离出少量铜颗粒。当几个粒子聚集在充满气体的小管道中时，就可以研究哪些粒子在实际条件下做什么以及什么时候做。

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表面相互反应时，就会形成二氧化碳。这与在汽车催化转化器中净化废气时发生的反应相同，不同之处在于，通常使用铂、钯和铑颗粒来分解有毒的一氧化碳而不是铜。但是这些金属既昂贵又稀缺，因此研究人员正在寻找资源效率更高的替代品。

“铜可能是氧化一氧化碳的一个有趣的候选物。挑战在于铜在反应过程中有自身变化的趋势，我们需要能够测量铜颗粒在催化剂内部最活跃时的氧化态. 使用我们的纳米反应器模拟真实催化剂内部的孔隙，现在这将成为可能，”查尔默斯大学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大卫·阿尔宾森说。

任何见过旧铜屋顶或雕像的人都会意识到这种红棕色金属在与空气和污染物接触后很快变绿。类似的事情发生在催化剂中的铜颗粒上。因此，让他们以有效的方式一起工作很重要。

“我们现在所展示的是，在反应过程中，粒子的氧化态可以受到其最近邻居的动态影响。因此，希望最终我们可以在催化剂中优化邻居合作的帮助下节省资源，”克里斯托夫说Langhammer，查尔默斯大学物理系教授。

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