显微镜的催化作用使它清楚为什么有些影响无法预测

催化剂由微小金属颗粒技术在许多领域发挥重要作用——从燃料电池为储能合成燃料的生产。取决于催化剂的具体行为,然而,在许多细节和他们的相互作用往往是很难理解。即使准备两次完全相同的催化剂,它经常发生,这些将在分钟不同两个方面,因此表现截然不同的化学。

在你维恩,科学家试图确定原因影响成像的催化反应发生在不同位置对这些催化剂,应用几种不同的显微技术。这种方法产生一个可靠的,显微镜下催化过程的正确认识。

这样做,似乎,即使是相对“简单”催化系统比预期更复杂。例如,它不仅是采用金属颗粒的大小或支持材料的化学性质,定义了催化性质。即使在一个金属粒子,不同的场景可以说服千分尺规模。结合数值模拟,不同催化剂的行为可以解释和预测。

并不是所有的粒子都是相同的

“我们调查可能的未来能源的燃烧氢和氧载体,形成纯净水,用铑粒子作为催化剂”,解释了从材料化学研究所教授冈瑟Rupprechter你维恩。各种参数在这一过程中扮演着重要的角色:个人铑粒子有多大?他们结合支持材料?在温度和反应物反应发生的压力呢?

”是由支持铑催化剂粒子,但它不像一个统一的对象可以被几个简单的参数,经常尝试过去”,突出了冈瑟Rupprechter。“很快真相大白,不同催化剂的催化行为强烈变化的位置。特定区域在一个给定的铑粒子可能催化地活跃,而另一个,只是微米,也许催化地活动。几分钟后,情况甚至可能相反。”

九个催化剂一扫

实验,这项研究的第一作者,发表在著名的《ACS催化,菲利普·温克勒博士,准备了一个惊人的催化剂样品,由九种不同催化剂不同大小的金属颗粒和不同材料的支持。在一个专用的仪器,同时催化剂因此可以观察和比较在一个实验。

“与我们的显微镜,我们可以确定催化剂是催化地活跃,它´s化学成分和电子性能,这为每一个个体的样本”,菲利普·温克勒说。“相比之下,传统方法通常只是衡量整个样本的平均值。然而,正如我们已经证明,这通常是远远不够的。”

比预期的更为复杂

化学分析微观规模表明,催化剂成分可以在本地不同甚至超过预期:即使在单独的金属颗粒强差异观察。“支持材料的原子可以迁移到或粒子,甚至形成表面合金”,冈瑟Rupprechter。“在某种程度上,甚至没有明确的边界了,而是一个连续的催化剂粒子之间的过渡和支持材料。是至关重要的考虑这一事实,因为它也会影响化学活动。”

下一步,你维恩研究团队将获得的见解和成功的方法来解决更复杂的催化过程,在他们继续解释任务过程在微观层面,有助于提高催化剂的发展,寻找新的催化剂。

参考:温克勒P M,拉布Zeininger J, et al .成像接口和粒度效应的相关显微镜原位催化反应。ACS Catal。2023;13 (11):7650 - 7660。doi:10.1021 / acscatal.3c00060

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