新的纳米反应器可视化个体催化纳米粒子的活性

时间：2021-09-01 16:52:10 来源：

在Chalmers理工大学开发的纳米反应器可视化inpidual催化纳米粒子的活性。为了鉴定催化过程中每种颗粒的效率，研究人员在单独的纳米箱中分离出近在金纳米颗粒。然后，它们用两种分子送到颗粒表面上彼此反应。一种分子（荧光素）是荧光，并且当它遇到其伴侣分子（硼氢化氢）时，发光在两者之间的反应时停止。这使得可以跟踪催化过程。

使用新型纳米反应器，Chalmers理工大学的研究人员瑞典，成功地在磷金属纳米粒子上进行了催化反应。他们的作品有助于改善化学过程，导致更好的催化剂和更环保的化学技术。结果在自然通信期刊上发表。

催化剂增加了化学反应速率。它们在许多重要的工业过程中发挥着至关重要的作用，从制作燃料到药品，帮助限制有害的车辆排放。它们也是燃料电池等新的可持续技术的基本构建块，其中通过氧气和氢气之间的反应产生电力。例如，催化剂也可以有助于破坏环境毒素，通过例如毒性化学物质的清洁水。

为了为未来设计更有效的催化剂，需要基础知识，例如理解在磷活性催化颗粒的水平下的催化。

为了想象今天了解催化反应的问题，想象一群足球比赛的人群，其中一些观众点亮了耀斑。烟雾通过人群迅速传播，一旦烟雾形成，几乎不可能说谁实际点亮了耀斑，或者每个人都有高兴的燃烧。催化中的化学反应以可比的方式发生。涉及数百万辛的颗粒，目前很难跟踪并确定每个特定的角色 - 它们是如何有效的，每种有助于反应。

为了更好地理解催化过程，有必要在缺氧纳米颗粒的水平下进行研究。新的纳米反应器允许Chalmers研究人员做到这一点。反应器由填充有液体的大约50个玻璃纳米柱组成，并联布置。在每个隧道中，研究人员将单一的金纳米粒子放置。虽然它们具有相似的尺寸，但每个纳米颗粒具有多种催化品质 - 有些是高度有效的，其他纳米颗粒具有很大的有效性，其他纳米颗粒具有明显的效果。为了能够辨别尺寸和纳米结构影响催化，研究人员均在杂项上测量颗粒上的催化。

从左到右：HenrikSandsjö，Peter Sandin，Kristofer Jakobsson。

“我们派出了两种类型的分子，彼此反应。一种分子类型是荧光的，并发光。当在纳米颗粒表面上遇到第二类型的伴侣时，光仅熄灭，并且发生分子之间的化学反应。观察纳米颗粒下游的纳米箱末端的“光”的灭绝使我们能够追踪并测量催化化学反应的每种纳米颗粒的效率，“生物部和生物部的博士生博士生说Chalmers理工大学生物技术，科学文章的领先作者。

他根据教授Fredrik Westerlund和Christoph Langhammer的监督进行了实验。新的纳米反应器是研究人员在Chalmers几个不同部门之间的广泛合作的结果。

“有效的催化对于化学品的合成和分解至关重要。例如，催化剂是制造塑料，药物和燃料所必需的，以最好的方式，有效地分解环境毒素，“Chalmers系的生物学和生物技术系教授弗雷德里克韦斯特卢隆说。

开发更好的催化剂材料对于可持续的未来是必要的，并且有很大的社会和经济收益。

“如果可以最佳地精制催化纳米颗粒，社会可能会导出巨大的利益。例如，在化学工业中，使某些进程仅达到几个百分比更有效的过程可以转化为显着增加的收入，并且大大降低环境影响，“查尔莫斯物理系教授的研究项目领导者Christoph anghammer说。

参考：“一个纳米流体装置，用于并行单一纳米粒子催化溶液中的催化剂”，孙·莱文，Joachim Fritzsche，Sara Nilsson，8月葡萄酒，Bhausaheb Dhokale，HenrikStröm，HenrikSundén，Christoph Langhammer和Fredrik Westerlund，2019年9月27日，Nature Communications.Doi：
10.1038 / S41467-019-12458.1.

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