监测微小催化剂纳米粒子的生命周期 由于它们非常小 因此难以研究单个纳米颗粒
资讯类型:行业新闻 加入时间:2019年5月15日11:25
 
纳米粒子可以多种方式用作催化剂。为了能够以能够选择性和有效地催化某些反应的方式定制它们,研究人员需要尽可能精确地确定单个颗粒的性质。到目前为止,分析了许多纳米粒子的集合。然而,这些研究的问题在于不同颗粒的贡献干扰,因此单个颗粒的性质保持隐藏。波鸿鲁尔大学的研究人员与杜伊斯堡 - 埃森大学和慕尼黑工业大学的同事合作开发了一种新方法,用于在电化学反应之前,期间和之后观察单个纳米颗粒。他们描述了Angewandte Chemie期刊的流程,于2019年4月16日出版。



观察完整的生命周期

“为了全面了解纳米粒子的催化活性,我们必须观察其结构和组成如何变化 - 从催化剂前到活性催化剂,最终一直到反应后的状态,”Wolfgang Schuhmann教授解释道,电化学科学中心主任。“这就是为什么我们在棒上开发出粒子的原因。”

研究人员在碳纳米电极的尖端生长了催化剂纳米颗粒,随后将其激活并用于催化电化学反应。与以前的方法不同,这种新方法使团队可以观察到粒子的整个生命周期。

在棒上制造粒子

在第一步中,化学家修改碳纳米电极,使得颗粒优选附着到电极的尖端。随后,他们将电极尖端浸入溶液中,该溶液含有催化剂的前体材料。之后,这些组分自动组装,最终产生对称颗粒,其中构成元素 - 金属钴以及有机碳质组分 - 均匀分布。

该小组通过透射电子显微镜分析了颗粒的形状。通过特殊形式的X射线光谱,研究人员确定了粒子内的元素分布。他们在每一步之后重复这些分析,以监测粒子如何变化。

稳定的电极和颗粒的纳米组装

在接下来的步骤中,研究人员使用加热来触发有机化合物的分解,并形成具有非常小的嵌入钴纳米颗粒的碳基质。这是在纳米电极的尖端处形成实际的催化活性材料的方式。

之后,化学家使用该颗粒作为催化剂,通过电解从水中生产氧气。纳米粒子表现出色并达到周转率,与工业电解装置相当。

“对我们来说,更重要的是看到电极和颗粒的纳米组件足够稳定,可以在催化后进行后续检测,”Wolfgang Schuhmann说。分析表明,颗粒在反应过程中经历了相当大的重组。这样,该方法可以以非常高的周转率监测催化剂的变化。

研究人员不仅可以用他们的方法确定单个纳米粒子的催化活性,而且还可以在整个生命周期内监测其形状和化学成分 - 完全不受任何其他粒子的干扰。
文章来自:中国催化剂网
文章作者:webmaster
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