纳米颗粒可用作多种催化剂，为了使它们能够有选择地、有效地催化某些反应，研究人员需要尽可能精确地确定单个粒子的性质。到目前为止，已经分析了许多纳米粒子。然而这些研究的问题是，不同粒子的贡献相互干扰，使得单个粒子的性质仍然被掩盖。鲁尔-博鸿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，开发出了一种新的方法！可以在电化学反应之前、期间和之后观察单个纳米粒子，其研究发表在《Angewandte Chemie》上。
观察完整的生命周期
电化学科学中心主任Wolfgang Schuhmann教授解释说：要全面了解纳米颗粒的催化活性，必须观察其结构和组成的变化——从预催化剂到活性催化剂，最后一直到反应后的状态，这就是为什么我们开发出了棒状粒子。研究人员在碳纳米电极的顶端生长了一个催化剂纳米颗粒，然后激活它，并用它催化电化学反应。与以前的方法不同，这种新方法使团队能够观察粒子的完整生命周期。
肉眼看不见：在这个碳纳米电极顶端有一个微小的催化剂颗粒。图片：RUB, Marquard
在棒子上制造粒子
在第一步中，化学家对碳纳米电极进行了修饰，使粒子能够更好地附着在电极的顶端。随后将电极头浸入含有催化剂前驱体材料的溶液中。之后，这些成分自动组装，最终产生对称粒子，其中组成元素——金属钴以及有机碳成分——均匀分布。研究小组用透射电镜分析了粒子的形状，用一种特殊形式的x射线光谱学，研究人员确定了粒子内部的元素分布，他们在每一步之后重复这些分析，以监测粒子的变化。
电极和粒子的稳定纳米组装
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，并通过嵌入非常小的钴纳米颗粒形成碳基体，这就是实际的催化活性材料是如何在纳米电极的顶端形成。后来，化学家们用这种颗粒作为催化剂，通过电解从水中生产氧气。纳米粒子性能优良，达到了工业电解装置所能达到的转化率。更重要的是要确保电极和粒子纳米组装足够稳定，以便在催化作用后进行后续检测。
分析表明，这些粒子在反应过程中经历了相当大的重组。这样，该方法就可以在很高的周转率下监测催化剂的变化。研究人员不仅可以用他们的方法确定单个纳米颗粒的催化活性，还可以在整个生命周期中监控其形状和化学成分——完全不受任何其他颗粒的干扰。
博科园-科学科普｜研究/来自: Ruhr-Universitaet-Bochum
参考期刊文献:《
Angewandte Chemie
》,《
Angewandte Chemie
》
DOI：10.1002 / anie.201903283
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