納米顆?？捎米鞫喾N催化劑，為了使它們能夠有選擇地、有效地催化某些反應(yīng)，研究人員需要盡可能精確地確定單個(gè)粒子的性質(zhì)。到目前為止，已經(jīng)分析了許多納米粒子。然而這些研究的問題是，不同粒子的貢獻(xiàn)相互干擾，使得單個(gè)粒子的性質(zhì)仍然被掩蓋。

魯爾-博鴻大學(xué)的研究人員與杜伊斯堡-埃森大學(xué)和慕尼黑工業(yè)大學(xué)的同事合作，開發(fā)出了一種新的方法！可以在電化學(xué)反應(yīng)之前、期間和之后觀察單個(gè)納米粒子，其研究發(fā)表在《Angewandte Chemie》上。

觀察完整的生命周期

電化學(xué)科學(xué)中心主任Wolfgang Schuhmann教授解釋說：要全面了解納米顆粒的催化活性，必須觀察其結(jié)構(gòu)和組成的變化——從預(yù)催化劑到活性催化劑，最后一直到反應(yīng)后的狀態(tài)，這就是為什么我們開發(fā)出了棒狀粒子。研究人員在碳納米電極的頂端生長(zhǎng)了一個(gè)催化劑納米顆粒，然后激活它，并用它催化電化學(xué)反應(yīng)。與以前的方法不同，這種新方法使團(tuán)隊(duì)能夠觀察粒子的完整生命周期。

在棒子上制造粒子

在第一步中，化學(xué)家對(duì)碳納米電極進(jìn)行了修飾，使粒子能夠更好地附著在電極的頂端。隨后將電極頭浸入含有催化劑前驅(qū)體材料的溶液中。之后，這些成分自動(dòng)組裝，最終產(chǎn)生對(duì)稱粒子，其中組成元素——金屬鈷以及有機(jī)碳成分——均勻分布。研究小組用透射電鏡分析了粒子的形狀，用一種特殊形式的x射線光譜學(xué)，研究人員確定了粒子內(nèi)部的元素分布，他們?cè)诿恳徊街笾貜?fù)這些分析，以監(jiān)測(cè)粒子的變化。

電極和粒子的穩(wěn)定納米組裝

在接下來的步驟中，研究人員使用加熱來觸發(fā)有機(jī)化合物的分解，并通過嵌入非常小的鈷納米顆粒形成碳基體，這就是實(shí)際的催化活性材料是如何在納米電極的頂端形成。后來，化學(xué)家們用這種顆粒作為催化劑，通過電解從水中生產(chǎn)氧氣。納米粒子性能優(yōu)良，達(dá)到了工業(yè)電解裝置所能達(dá)到的轉(zhuǎn)化率。更重要的是要確保電極和粒子納米組裝足夠穩(wěn)定，以便在催化作用后進(jìn)行后續(xù)檢測(cè)。

分析表明，這些粒子在反應(yīng)過程中經(jīng)歷了相當(dāng)大的重組。這樣，該方法就可以在很高的周轉(zhuǎn)率下監(jiān)測(cè)催化劑的變化。研究人員不僅可以用他們的方法確定單個(gè)納米顆粒的催化活性，還可以在整個(gè)生命周期中監(jiān)控其形狀和化學(xué)成分——完全不受任何其他顆粒的干擾。

博科園-科學(xué)科普｜研究/來自:?Ruhr-Universitaet-Bochum

參考期刊文獻(xiàn):《Angewandte Chemie》,《Angewandte Chemie》

DOI：10.1002 / anie.201903283

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