研究人員探索納米粒子如何在催化中影響鄰居
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的一項新研究發(fā)表在《科學進展》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。
“這項研究的長期目標是能夠識別超粒子，為未來更高效的催化劑做出貢獻。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的同時，”研究負責人克里斯托夫·翰墨在物理學在查爾姆斯理工大學的系說。
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，每個人都為團隊的努力做出了貢獻。唯一的問題是并非每個人都同樣活躍。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，您需要全天監(jiān)控每個人。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，幾個粒子會影響反應的有效性。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)的真實情況，查爾姆斯理工大學的研究人員在透明玻璃納米管中分離出少量銅顆粒。當幾個粒子聚集在充滿氣體的小管道中時，就可以研究哪些粒子在實際條件下做什么以及什么時候做。
在管中，顆粒與流入的氧氣和一氧化碳的氣體混合物接觸。當這些物質(zhì)在銅顆粒表面相互反應時，就會形成二氧化碳。這與在汽車催化轉(zhuǎn)化器中凈化廢氣時發(fā)生的反應相同，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有趣的候選物。挑戰(zhàn)在于銅在反應過程中有自身變化的趨勢，我們需要能夠測量銅顆粒在催化劑內(nèi)部最活躍時的氧化態(tài). 使用我們的納米反應器模擬真實催化劑內(nèi)部的孔隙，現(xiàn)在這將成為可能，”查爾默斯大學物理系博士后研究員、最近發(fā)表在《科學進展》和《自然通訊》上的兩篇科學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意識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，在反應過程中，粒子的氧化態(tài)可以受到其最近鄰居的動態(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，查爾默斯大學物理系教授。
標簽： 納米粒子