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《科学》:利用雕刻光控制化学反应,可制成更高效全能的催化剂

2021-01-18 13:27 前瞻网   

 

《科学》:利用雕刻光控制化学反应,可制成更高效全能的催化剂

在一项概念验证实验中,研究人员使用约为人类头发宽度1/200的钯棒充当催化剂,并将这些纳米棒放在金纳米棒上,金纳米棒聚焦并“雕刻”催化剂周围的光。这种雕刻的光改变了纳米棒上发生化学反应(释放氢)的区域。

此项研究已发表在《科学》杂志上,这可能是朝着更高效的催化剂、新的催化转化形式以及可能同时支持多个反应的催化剂迈出的第一步。

研究人员称“这项研究是实现催化剂从原子尺度优化到反应堆尺度的重要一步,”其“目的是了解如何通过适当的形状和组成,实现最大化催化剂的反应面积,并控制正在发生的反应。”

为了观察到这种纳米级反应,研究人员使用了斯坦福纳米共享设备的环境透射电子显微镜,并通过一个特殊的附件来引入光。

透射电子显微镜是利用电子来给样品成像的,它比传统的光学显微镜有更高的放大倍数,而且这种显微镜的环境特征意味着可以将气体添加到原本真空的环境中。

在一定的温度和压力条件下,富氢钯会释放出它的氢原子。为了观察光线如何影响这种标准的催化转化,研究人员定制了一个金纳米棒,它位于钯的下方,充当天线,收集入射光线,并将其汇集到附近的催化剂上。

在没有光的情况下,脱氢反应中最活跃的点是纳米棒的两个尖端。然后反应穿过纳米棒,沿途产生氢气。

然而,利用光,研究人员能够操纵这种反应,使其从中间向外移动,或从一个尖端向另一个尖端移动。基于金纳米棒的位置和光照条件,研究人员设法产生了各种替代热点。

这项研究表明,即使在催化剂被制造出来之后,也有可能改变其行为。它为提高单催化剂水平的效率开辟了巨大的潜力。

研究人员的目标是有朝一日开发出高效的催化剂,能够在分子水平上分解塑料,并将其转化为回收利用的原始材料。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

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责任编辑: 3976DBC

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