你受到鄰居的影響嗎?催化劑中的納米顆粒也是如此。瑞典查爾姆斯理工大學(xué)的一項(xiàng)新研究發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》和《自然通訊》雜志上，揭示了最近的鄰居如何決定納米粒子在催化劑中的工作效果。

“這項(xiàng)研究的長期目標(biāo)是能夠識(shí)別超粒子，為未來更高效的催化劑做出貢獻(xiàn)。為了比今天更好地利用資源，我們還希望盡可能多的粒子積極參與在催化反應(yīng)的同時(shí)，”研究負(fù)責(zé)人克里斯托夫·翰墨在物理學(xué)在查爾姆斯理工大學(xué)的系說。

想象一下，一大群鄰居聚集在一起打掃公共庭院。他們開始了自己的工作，每個(gè)人都為團(tuán)隊(duì)的努力做出了貢獻(xiàn)。唯一的問題是并非每個(gè)人都同樣活躍。有些人工作努力高效，有些人則四處閑逛、聊天和喝咖啡。如果只看最終結(jié)果，很難知道誰工作最多，誰只是放松了。要確定這一點(diǎn)，您需要全天監(jiān)控每個(gè)人。這同樣適用于催化劑中金屬納米顆粒的活性。

通過睦鄰合作尋找更有效的催化劑

在催化劑內(nèi)部，幾個(gè)粒子會(huì)影響反應(yīng)的有效性。人群中的一些粒子是有效的，而另一些則是無效的。但是這些顆粒通常隱藏在不同的“孔隙”中，就像海綿一樣，因此很難研究。

為了能夠看到催化劑孔內(nèi)的真實(shí)情況，查爾姆斯理工大學(xué)的研究人員在透明玻璃納米管中分離出少量銅顆粒。當(dāng)幾個(gè)粒子聚集在充滿氣體的小管道中時(shí)，就可以研究哪些粒子在實(shí)際條件下做什么以及什么時(shí)候做。

在管中，顆粒與流入的氧氣和一氧化碳的氣體混合物接觸。當(dāng)這些物質(zhì)在銅顆粒表面相互反應(yīng)時(shí)，就會(huì)形成二氧化碳。這與在汽車催化轉(zhuǎn)化器中凈化廢氣時(shí)發(fā)生的反應(yīng)相同，不同之處在于，通常使用鉑、鈀和銠顆粒來分解有毒的一氧化碳而不是銅。但是這些金屬既昂貴又稀缺，因此研究人員正在尋找資源效率更高的替代品。

“銅可能是氧化一氧化碳的一個(gè)有趣的候選物。挑戰(zhàn)在于銅在反應(yīng)過程中有自身變化的趨勢(shì)，我們需要能夠測(cè)量銅顆粒在催化劑內(nèi)部最活躍時(shí)的氧化態(tài). 使用我們的納米反應(yīng)器模擬真實(shí)催化劑內(nèi)部的孔隙，現(xiàn)在這將成為可能，”查爾默斯大學(xué)物理系博士后研究員、最近發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》和《自然通訊》上的兩篇科學(xué)文章的第一作者大衛(wèi)·阿爾賓森說。

任何見過舊銅屋頂或雕像的人都會(huì)意識(shí)到這種紅棕色金屬在與空氣和污染物接觸后很快變綠。類似的事情發(fā)生在催化劑中的銅顆粒上。因此，讓他們以有效的方式一起工作很重要。

“我們現(xiàn)在所展示的是，在反應(yīng)過程中，粒子的氧化態(tài)可以受到其最近鄰居的動(dòng)態(tài)影響。因此，希望最終我們可以在催化劑中優(yōu)化鄰居合作的幫助下節(jié)省資源，”克里斯托夫說Langhammer，查爾默斯大學(xué)物理系教授。

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