卡尔斯鲁厄理工学院 操作x光光谱学显示了工作催化剂的每一个单独部分发生了什么
学分:博士
Dmitry Doronkin，KIT 为了了解催化剂的结构和功能，卡尔斯鲁厄理工学院的研究人员与瑞士保罗·舍勒研究所瑞士光源实验室和法国欧洲同步加速器辐射设施(ESRF)的同事合作，开发了一种新的诊断工具
操作x光光谱学在三维空间中可视化复杂技术催化剂的结构和梯度，因此允许我们观察起作用的化学反应器
结果发表在《自然催化》杂志上
催化对许多分支都是不可缺少的
95%的化学品都是使用催化剂生产的
催化剂在能源技术和环境保护中也发挥着关键作用
催化剂是用于加速化学反应的材料，以降低能耗和不希望的副产物
这种化学物理原理是整个系统的基础，例如汽车中的催化转换器或发电厂中的催化剂，以去除废气中的污染物
技术和工业催化剂也用于化肥和聚合物生产
通常，它们必须表现出高耐压性和机械强度，同时还要在动态环境条件下工作
从废气中去除一氧化碳、氮氧化物和细粉尘等污染物或生产绿色氢气的效率即使是最小的提高，也会给人类和环境带来巨大的好处
然而，为了改进现有的催化材料和工艺，需要准确理解它们的功能
“无论是在大型化学反应器中，在电池中，还是在你的汽车下面——技术和工业催化剂通常具有非常复杂的结构，”博士说
麻省理工学院化学技术和聚合物化学研究所(ITCP)的托马斯·谢泼德
“为了真正了解这些材料的功能，我们需要在催化剂工作时观察反应器内部，最好使用分析工具来检测活性催化剂的复杂三维结构
" 操作x光光谱学提供三维图像和主要化学信息 托马斯·谢泼德指导了一项关于汽车催化转化器的研究，其结果现已由基特、PSI和ESRF的研究人员发表在《自然催化》杂志上
在他们的研究中，该团队使用了一种新开发的装置，并在瑞士和法国的同步辐射设备上进行了断层成像实验
计算机断层扫描产生样本的三维图像，包括外部和内部，不需要切开
通过使用一个特殊的反应器，研究人员进行了断层扫描和x光光谱学来跟踪一个活跃的催化过程
通过这种方式，他们成功地观察到了排放控制催化剂在类似于真实汽车尾气的条件下的三维结构
这种所谓的操作x光光谱学不仅提供了样品的三维结构，还提供了重要的化学信息
适用于各种催化剂的方法 该研究的主要作者之一、来自ITCP的约翰尼斯·贝歇耳解释说:“由于催化剂通常具有相当复杂和不均匀的结构，所以知道是整个催化剂体积还是只有其中的一部分在按预期发挥化学功能是很重要的。”
“操作x光光谱学让我们看到了每一个单独部件的具体结构和功能
这告诉我们催化剂是否以最大效率运行，更重要的是，它帮助我们理解潜在的过程
“在反应过程中，研究小组观察到催化剂中活性铜物种的结构梯度，这是以前使用传统分析工具无法检测到的
这是排放控制催化剂性能的重要诊断信息
该方法本身可以应用于许多不同的催化剂和化学过程
材料和反应诊断的新机遇 该团队的研究表明，如何在三维空间中可视化活性催化剂的化学状态可以为材料和反应诊断带来新的机会
“直到现在，要想自由选择任何一块起作用的催化剂并了解其中发生的反应而不干扰它是不可能的
现在，我们可以准确地跟踪哪些反应正在发生，在哪里发生，为什么发生，”来自ITCP的扬-迪克·格伦沃尔德教授说
“这是提高我们对化学过程的理解以及在未来设计更好、更高效的催化剂的关键
“只要存在适当的样品环境，就可以在不同的同步辐射源上进行使用操作x光光谱学的研究
简-迪克·格伦沃尔德和托马斯·谢泼德小组将继续他们的调查，作为新的合作研究中心的一部分
TrackAct旨在了解和改进排放控制催化剂的设计和效率
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