卡尔斯鲁厄理工学院 信用:Pixabay/CC0公共域 催化剂对许多技术来说是不可或缺的
为了进一步改进非均相催化剂，需要分析活性位点所在表面的复杂过程
卡尔斯鲁厄理工学院的科学家与来自西班牙和阿根廷的同事们现在已经取得了决定性的进展:正如《物理评论快报》所报道的，他们使用所谓混合泛函的计算方法来可靠地解释实验数据
许多重要的技术，如能源转换、减排或化学品生产过程，只能使用合适的催化剂
因此，高效的多相催化材料变得越来越重要
例如，在多相催化中，用作催化剂的材料和反应物质以固体或气体的形式存在于不同的相中
材料成分可以通过各种方法可靠地确定
然而，在催化剂表面上发生的过程几乎不能用任何分析方法来检测
“但正是催化剂最外层表面的这些高度复杂的化学过程具有决定性的重要性，”基特的功能界面研究所(IFG)负责人克里斯托弗·沃尔教授说
“在那里，活性位点位于催化反应发生的地方
" 粉末催化剂表面的精确检测 最重要的非均相催化剂是氧化铈，即
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稀土金属铈与氧的化合物
它们以粉末形式存在，由可控结构的纳米粒子组成
纳米粒子的形状极大地影响了催化剂的反应性
为了研究这种粉末催化剂表面的过程，研究人员最近开始使用与纳米粒子结合的探针分子，如一氧化碳分子
然后用红外反射吸收光谱法测量这些探针
红外辐射导致分子振动
从探针分子的振动频率，可以获得关于催化位点的类型和组成的详细信息
然而，到目前为止，解释实验的内部收益率数据非常困难，因为技术上相关的粉末催化剂有许多振动带，其准确分配具有挑战性
理论计算是没有帮助的，因为与实验的偏差，也是在模型系统的情况下，是如此之大，以至于实验观察到的振动带不能被精确地分配
计算时间长—精度高 基特的功能接口研究所(IFG)和催化研究和技术研究所的研究人员，与来自西班牙和阿根廷的同事合作
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CSIC科学研究高级理事会的维罗尼卡·甘多利亚-皮罗瓦诺现在已经发现并解决了一个主要的理论分析问题
正如《物理评论快报》所报道的那样，系统的理论研究和使用模型系统对结果的验证表明，迄今为止所使用的理论方法存在一些根本性的弱点
一般来说，这种弱点可以在使用密度泛函理论(DFT)的计算中观察到，密度泛函理论是一种基于电子密度确定多电子系统量子力学基本状态的方法
研究人员发现，所谓的混合泛函可以克服这些弱点，它将密度泛函理论与量子化学中的一种近似方法——哈特利-福克方法结合起来
这使得计算非常复杂，但也非常精确
“这些新方法所需的计算时间比传统方法长100倍，”克里斯托夫·沃尔说
“但是这个缺点被与实验系统极好的一致性所弥补
“使用纳米氧化铈催化剂，研究人员展示了这一进展，这可能有助于使非均相催化剂更加有效和持久
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