鲁尔大学波鸿分校 肉眼看不见:在这个碳纳米电极的顶端，有一个微小的催化剂颗粒
信用:RUB，Marquard 纳米粒子可以以多种方式用作催化剂
为了能够以选择性和高效催化某些反应的方式对它们进行定制，研究人员需要尽可能精确地确定单个粒子的属性
到目前为止，对许多纳米粒子的集合进行了分析
然而，这些研究的问题在于，不同粒子的贡献会相互干扰，因此单个粒子的属性仍然被隐藏
鲁尔-波鸿大学的研究人员与杜伊斯堡-埃森大学和慕尼黑技术大学的同事合作开发了一种新方法，用于在电化学反应之前、期间和之后观察单个纳米粒子
他们在2019年4月16日出版的《天使化学》杂志上描述了这一过程
观察整个生命周期 电化学科学中心的负责人沃尔夫冈·舒曼教授解释说:“为了全面了解纳米粒子的催化活性，我们必须观察它的结构和组成是如何变化的——从前催化剂到活性催化剂，最终一直到反应后的状态。”
“这就是为什么我们开发了棍子上的粒子
" 研究人员在碳纳米电极的尖端生长了一种催化剂纳米粒子，随后激活它，并用它来催化电化学反应
与以前的方法不同，这种新方法使团队有可能观察粒子的整个生命周期
在棍子上制造粒子 在第一步中，化学家修改了碳纳米电极，使得粒子优选附着在电极的尖端
随后，他们将电极尖端浸入含有催化剂前体材料的溶液中
之后，这些组件自动组装，最终产生一个对称的粒子，其中构成元素-金属钴以及有机碳质成分-均匀分布
荣誉:鲁尔大学波鸿分校 该小组通过透射电子显微镜分析了粒子的形状
通过一种特殊形式的x光光谱，研究人员确定了粒子中的元素分布
他们在每一步之后都重复这些分析，以便监测粒子是如何变化的
电极和粒子的稳定纳米组装 在接下来的步骤中，研究人员使用加热来引发有机化合物的分解，并形成一种嵌入了非常小的钴纳米粒子的碳基质
这就是实际的催化活性材料是如何在纳米电极的尖端形成的
后来，化学家们用这种粒子作为催化剂，通过电解从水中产生氧气
纳米粒子表现出色，并达到周转率，可与工业电解设备相媲美
沃尔夫冈·舒曼说:“对我们来说，更重要的是看到电极和粒子的纳米组装足够稳定，可以在催化后进行后续检查。”
分析表明，颗粒在反应过程中经历了相当大的重组
这样，该方法使得以非常高的周转率监控催化剂的变化成为可能
研究人员不仅可以用他们的方法确定单个纳米粒子的催化活性，还可以在整个生命周期中监控其形状和化学成分——完全不受任何其他粒子的干扰
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