研究人员探索纳米粒子如何在催化中影响邻居

你受邻居影响了吗？催化剂中的纳米粒子也是如此。瑞典查尔莫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，揭示了最近邻是如何决定催化剂中纳米粒子的工作效果的。

“这项研究的长期目标是确定超级粒子，并为未来更有效的催化剂做出贡献。为了比今天更好地利用资源，我们也希望尽可能多的粒子积极参与催化反应，”查尔莫斯理工大学物理系的研究负责人克里斯托弗汉莫(Christopher Hanmo)说。

想象一下，一大群邻居聚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，不是每个人都同样积极。有的人工作努力高效，有的人闲荡聊天喝咖啡。如果只看最后的结果，很难知道谁工作最多，谁只是放松。要确定这一点，你需要24小时监控每个人。这同样适用于催化剂中金属纳米粒子的活性。

通过睦邻合作寻找更有效的催化剂

在催化剂中，几个颗粒会影响反应的效果。人群中有些粒子是有效的，有些是无效的。但是这些粒子通常隐藏在不同的“孔隙”中，就像海绵一样，所以很难研究。

为了看到催化剂孔中的真实情况，查尔姆斯理工大学的研究人员从透明的玻璃纳米管中分离出少量的铜颗粒。当几个粒子聚集在一个充满气体的小管中时，我们可以研究哪些粒子在实际条件下做什么，什么时候做什么。

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，除了铂、钯和铑颗粒通常用于分解有毒的一氧化碳而不是铜。但是这些金属既昂贵又稀缺，所以研究人员正在寻找更节约资源的替代品。

“铜可能是一氧化碳氧化的一个有趣的候选物。挑战在于铜在反应过程中有自己的变化趋势。当铜颗粒在催化剂中最活跃时，我们需要能够测量它们的氧化状态。查尔莫斯大学物理系博士后研究员大卫阿尔宾森(David albin Sen)说，他是最近发表在《科学进展》和《自然通讯》上的两篇科学文章的第一作者。

任何看过旧铜屋顶或雕像的人都会意识到，这种红棕色的金属在接触空气和污染物后会迅速变绿。催化剂中的铜颗粒也发生了类似的情况。因此，他们以有效的方式合作很重要。

“我们现在展示的是，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，我希望我们可以在催化剂优化邻居合作的帮助下节省资源，”查尔莫斯大学物理学教授克里斯托弗朗哈默说。