當(dāng)使用具有許多邊緣的納米顆粒時(shí)，用于清潔廢氣排放的催化轉(zhuǎn)化器更有效。這是在DESY的X射線源PETRA III上進(jìn)行的一項(xiàng)研究的結(jié)果之一。來自DESY NanoLab的一組科學(xué)家觀看了有毒的一氧化碳在貴金屬納米顆粒表面轉(zhuǎn)化為普通二氧化碳，就像汽車催化轉(zhuǎn)化器中使用的那樣?？茖W(xué)家們正在“ 物理評(píng)論快報(bào)”上發(fā)表他們的研究結(jié)果。他們的結(jié)果表明，具有大量邊緣增加了催化反應(yīng)的效率，因?yàn)榧{米顆粒的不同面通常被生長(zhǎng)的納米氧化物島覆蓋，最終使這些面無活性。在邊緣處，氧化物島不能連接，留下用于催化反應(yīng)的活性位點(diǎn)。

催化轉(zhuǎn)化器通常使用納米顆粒，因?yàn)閷?duì)于給定量的材料，催化轉(zhuǎn)化器具有更大的表面積，催化反應(yīng)可在其上發(fā)生。對(duì)于此處提供的研究，DESY的NanoLab的科學(xué)家們?cè)诨|(zhì)上生長(zhǎng)了鉑 - 銠納米顆粒，使得幾乎所有的顆粒都朝著相同的方向排列，并且具有相同形狀的截頂八面體(八面體類似于雙金字塔)。然后，科學(xué)家們?cè)谄嚧呋D(zhuǎn)化器的典型工作條件下研究了該樣品的催化性能，在反應(yīng)室中不同的氣體成分暴露于P09光束線上PETRA III的強(qiáng)X射線。

催化材料的效率可以使用質(zhì)譜儀測(cè)量，該質(zhì)譜儀顯示廢氣排放中某些類型分子的比例，這里是一氧化碳，氧氣和二氧化碳的相對(duì)濃度。“我們對(duì)納米粒子進(jìn)行了一種排放測(cè)試，”該論文的第一作者Uta Hejral解釋說，他現(xiàn)在在瑞典隆德大學(xué)工作。由于納米粒子的平行排列，科學(xué)家們還能夠確定反應(yīng)特別好的納米粒子表面。“在這里，我們可以真正遵循原子尺度的反應(yīng)，”Hejral指出。

通常，汽車催化轉(zhuǎn)化器中的貴金屬納米顆粒附著在基底的微小碎屑上，這些碎屑粘在一起形成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。“這些很難用X射線檢查，因?yàn)橘F金屬只占幾個(gè)重量百分比，特別是因?yàn)榧{米顆粒在各種不同的方向上排列，”DESAS的首席科學(xué)家Andreas Stierle解釋道。漢堡大學(xué)納米科學(xué)教授。“在X射線照射下，每個(gè)粒子產(chǎn)生一個(gè)單獨(dú)的衍射圖案，這些重疊產(chǎn)生模糊圖像。另一方面，通過使它們彼此平行排列，所有納米粒子的衍射圖案疊加并放大每個(gè)這允許納米粒子的不同方面，

研究表明，納米顆粒的反應(yīng)性在一定的氧濃度下急劇增加。“當(dāng)只有足夠的氧氣可以氧化每個(gè)一氧化碳分子并將其轉(zhuǎn)化為二氧化碳時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況，”Stierle說。超過該濃度，反應(yīng)性再次逐漸下降，因?yàn)樵陬w粒表面上生長(zhǎng)厚的氧化物層，阻礙反應(yīng)。X射線分析揭示了在反應(yīng)發(fā)生的條件下，在最佳分辨率下納米顆粒表面的原子結(jié)構(gòu)。這表明，一旦超過一定的氧濃度，納米顆粒的不同晶面就會(huì)被氧 - 銠 - 氧夾層涂覆，直到最終金屬表面完全被該納米氧化物層覆蓋。

“表面氧化物最終在納米顆粒上形成一個(gè)封閉層，”Hejral說。“這首先對(duì)于所需的反應(yīng)是不利的，因?yàn)樗挂谎趸挤肿与y以附著在表面上。但是，氧氣不能沿著納米顆粒表面之間的邊緣形成封閉的薄膜，這意味著沿著邊緣的反應(yīng)性更高。“ 這一發(fā)現(xiàn)表明了使催化轉(zhuǎn)化器更有效的直接途徑：“我們希望催化轉(zhuǎn)化器在給定表面積的納米顆粒邊緣越多越有效，”Stierle說。這一發(fā)現(xiàn)也可能適用于許多其他催化反應(yīng)。其他研究必須表明效率可以提高多少。