维也纳理工大学 从左到右:氧的最佳位置:铑氧化图，用扫描光电子显微镜(SPEM)测量；铑催化氢氧化的原位光电发射电子显微镜(PEEM)；活动地图
视野500米
型号:阶地-(淡蓝色)和阶梯-(蓝色)铑原子，氧化铑原子(淡红色)，氧原子(红色)
学分:维也纳理工大学 金属表面在许多重要的应用中扮演着催化剂的角色——从燃料电池到汽车尾气的净化
然而，它们的行为决定性地受到结合到表面的氧原子的影响
这种现象已经为人所知很长时间了，但是直到现在还不可能精确地逐点研究氧在复杂表面中的作用，以便在原子水平上理解化学背景
这一目标现已在维也纳工会与里雅斯特的莱特拉同步加速器团队合作下实现
有可能解释为什么在以前的研究中获得了部分矛盾的结果:氧原子不是均匀分布的，而是特别容易在非常特定的地方沉淀下来
精确测量而不是平均值 “在催化过程中直接检查金属表面是一个巨大的挑战，”教授说
维也纳大学材料化学研究所的甘特·鲁普切特
“当然，你可以把整个催化剂放入一个反应器中，精确地测量生产出了哪些化学产品——但你只能得到一个平均值
你无法知道催化剂上的哪些位点参与了化学反应，以何种方式参与
" 另一种可能性是不使用真正的催化剂，而是使用一种简单、高度清洁、理想化的催化剂——比如一种具有众所周知特性的微小单晶，然后你可以在显微镜下研究它
在这种情况下，您可以获得精确的、可重复的结果，但它们与实际应用没有太大关系
因此，由京特·鲁普切特和尤里·苏科尔斯基领导的研究小组综合了两种方法的优点
他们使用铑制成的薄箔，由小颗粒组成
在每个颗粒上，表面原子可以有不同的排列
在一个颗粒中，它们形成一个光滑、规则的表面，外层原子都在同一个平面上；在它旁边，原子可以自行排列，形成由许多原子台阶组成的更复杂的结构
氧原子最喜欢的地方 正是这些步骤变得至关重要
“就催化活性而言，催化剂的氧化态起着核心作用，即
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不管氧是否附着在金属原子上，”该论文的第一作者菲利普·温克勒说
“在早期的实验中，我们发现我们经常处理‘氧化’和‘未氧化’之间的某种状态——这种情况很难解释
" 然而，当人们意识到并非铑箔的每个颗粒都被氧化到相同的程度时，这是可以理解的
氧化最好从角落、边缘和台阶开始——在那里氧原子特别容易结合到表面
因此，具有不同表面结构的不同晶粒被不同程度地氧化
的里雅斯特的电子显微镜和同步加速器 这可以通过结合高度发达的技术来研究:“在一个特殊的电子显微镜中，样品在催化反应过程中受到紫外光的照射，产生的电子发射以微米级的空间分辨率记录下来，”尤里·苏科尔斯基解释说，“这使我们能够准确地确定哪种铑箔颗粒具有特别的催化活性
然后用完全不同的显微镜再次检查同一个样品:在同步加速器上用x光逐粒扫描，获得关于样品表面氧化的非常精确的信息
" 如果你把两个结果结合起来，你就能准确地确定特定结构的化学特性
关键的优点是:在一次实验中可以检查包含数百种不同颗粒的整个铑箔
不是单独研究微小的单晶，而是在真实条件下研究包含许多不同催化结构的样品，并立即获得关于这些结构性质的信息
“这是催化研究的重要一步，”鲁普切特说
“我们现在不再满足于仅仅测量一个不足以描述整个样品的平均值，而是能够真正详细地了解哪些原子结构表现出哪些效应
这也将使专门改进能源和环境技术中许多应用所需的重要催化剂成为可能
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