納米技術帶來化學反應的新見解

2017-01-07 | 來源: 化學數據聯盟微信號 | 轉到微信 | 有0人參與評論 | 字體: 放大縮小 | 收藏 | 打印

　　發布時間：2017年1月4日

　　研究來源：瑞士·保羅謝爾研究所（PSI）研究概要：

　　化工行業當中，大概有80%的產品的生產都需要借助催化反應來完成。而催化作用也是能源轉換與廢氣處理過程中不可或缺的環節。催化反應最重要的方面就是盡可能快速並盡可能帶來最佳的催化效果，這不僅可以讓環境免遭污染，還可以節省大量生產時間並讓能源得到有效利用。

　　為了獲取更好的催化效果，生產制造行業總是在不斷的進行新物質和設施的測試。研究人員現在已經開發出一種全新的測試手段，這種新手段可以改進催化實驗的精准度，從而加快探索最優解決方案的研究腳步。與此同時，他們的這項研究已經解決了長達50年備受爭議的科學問題。

　　

　　上圖中的這台裝置是瑞士保羅謝爾研究院研發的同步光源。圖中兩位研究人員分別為Armin Kleibert（左側）和Waiz Karim（右側），他們的這台設備可以提供有關催化反應研究的更高精准度。Waiz Karim也是研究論文的第一作者。

　　Credit: Paul Scherrer Institute/Markus Fischer

　　與此同時，他們的這項研究已經解決了長達50年備受爭議的科學問題。

　　他們找到一種構建催化模型系統的方法，通過實驗的方式建立起一個精確到納米級別的系統，之後對單個納米粒子的化學反應進行追蹤。

　　模型實驗帶來了前所未有的精准度

　　通過這種全新的方法，來自保羅謝爾研究院的研究人員對催化反應有了更深入的理解。這個模型系統可以對每一個細微至極的細節作出全面的催化研究。本次試驗使用氧化鐵作為研究對象，以鉑金作為催化劑，當氧化鐵與氫接觸時，在催化劑作用下，氧化鐵被還原成鐵。鉑金將氫分子（H

　　2）裂解成氫原子（H），氫原子很容易就可以與氧化鐵發生反應。

　　氫的間隔性溢流效應

　　事實證明，很多化學反應都發生在非常小的尺度范圍內。其中一種就是我們所謂的氫溢流效應。這種效應對氫氣的催化效果產生了絕對優勢作用。這個發現與1964年的化學現象至今仍未得到更進一步的詳細理解，也為能得到更詳盡的觀察結果。因此，在氫溢流效應中發生的現象仍舊極富爭議。

　　這次試驗已經解開了這個存在了將近半個世紀的爭議：他們使用電子束光刻技術立即將遇到鉑金粒子的氫分子裂解，之後，被裂解的氫元素順勢流入支持材料中。氫元素就像噴泉裡面流出的水一樣，迅速向四周展開。當氫原子遇到氧化鐵粒子後，將其還原成鐵。

　　Waiz Karim, Clelia Spreafico, Armin Kleibert, Jens Gobrecht, Joost VandeVondele, Yasin Ekinci, Jeroen A. van Bokhoven.

　　Catalyst support effects on hydrogen spillover.

　　Nature, 2017; 541 (7635): 68

　　DOI: 10.1038/nature20782

　　