东京理工大学 传统加热与微波加热
学分:东京理工大学 如果不使用催化剂，我们在食品、医疗和工业领域用来生产化合物的许多反应都是不可行的
催化剂是一种物质，即使用量很少，也能加速化学反应的速度，有时还能使化学反应在较温和的条件下(较低的温度和压力)发生
一种好的催化剂有时可以成倍增加工业规模反应器的生产量，或者使其工作温度降低100℃以上
因此，毫不奇怪，催化剂的研究对于提高化学反应的效率至关重要
已经观察到的一种提供这些益处的新兴方法是直接使用微波而不是传统的均匀加热技术来加热一些催化剂中的金属纳米粒子
催化剂中的金属纳米粒子与微波强烈相互作用，并被认为是选择性加热的
然而，科学家在使用这种方法时报告了相互矛盾的结果，并且理解选择性加热纳米粒子对化学反应的影响是困难的，因为还没有发现测量它们局部温度的方法
现在，东京理工大学的科学家们在和田佑司教授的带领下解决了这个问题，并展示了一种测量固体催化剂中铂纳米粒子局部温度的新方法
他们的研究发表在《通信化学》杂志上，详细介绍了他们的方法，该方法依赖于x光吸收精细结构(XAFS)光谱学，顾名思义，该光谱学利用x光提供材料的小局部结构的信息
在扩展的XAFS振荡中，可以导出一个称为德拜-沃勒因子的值
这个因素由两个术语组成；一个与结构紊乱有关，一个与热紊乱有关
如果催化剂的结构在微波加热时没有改变，德拜-沃勒因子的任何变化都是由热变化引起的
因此，XAFS可以用来间接测量金属纳米粒子的温度
科学家团队在氧化铝上的铂和二氧化硅催化剂上的铂中测试了这种方法，以发现微波在多大程度上可以选择性地加热铂纳米粒子而不是它们的支撑材料
发现微波加热在纳米粒子和载体之间产生显著的温差
一系列对比实验表明，催化剂中金属纳米颗粒的较高局部温度对于在相同温度下获得较高反应速率至关重要
和田教授对这些结果感到兴奋，他说:“这项工作首次提出了一种评估纳米粒子局部温度及其对催化反应影响的方法
我们得出结论，铂纳米粒子的局部加热对于加速涉及铂本身的化学反应是有效的，这提供了一种使用微波加热来获得催化反应的显著增强的实用方法
" 这些发现代表了一个突破，提高了我们对微波加热在增强催化性能中的作用的理解
医生
Tsubaki补充说，“在催化剂的活性部位——在这种情况下是金属纳米粒子——有效的能量集中应该成为探索微波化学的一个关键策略，以实现反应的有效能量利用，并为反应加速创造更温和的条件
“从长远来看，这种对催化过程的新见解有望通过让反应堆更智能而不是更困难地工作来节省大量能源
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