作者:斯坦福大学泰勒·久保田 描绘了钯纳米棒位于金纳米棒上的实验装置
在这张图片中，电子束对准样品，观察氢分子(绿色)和钯催化剂之间的催化相互作用
驱动照明的灯显示为红色
荣誉:凯瑟琳·西特乌 就像一个人结束了一场猫打架一样，化学反应中催化剂的作用是加速反应过程——并完好无损地完成
而且，正如不是一个社区的每栋房子都有人愿意介入这样的战斗一样，也不是催化剂的每一部分都参与了反应
但是，如果一个人能够说服催化剂的非参与部分参与进来呢？化学反应可能发生得更快或更有效
由珍妮弗·迪翁领导的斯坦福大学材料科学家正是通过使用光和先进的制造和表征技术赋予催化剂新的能力做到了这一点
在一个概念验证实验中，大约是人类头发宽度1/200的钯棒作为催化剂
研究人员将这些纳米棒放在金纳米棒上，金纳米棒聚焦并“雕刻”催化剂周围的光
这种雕刻的光改变了纳米棒上发生化学反应(释放氢)的区域
这部作品于2007年1月出版
14在《科学》杂志上，这可能是迈向更有效的催化剂、新形式的催化转化，甚至有可能是能够同时维持一个以上反应的催化剂的第一步
“这项研究是实现从原子尺度到反应堆尺度优化催化剂的重要一步，”该论文的资深作者、材料科学与工程副教授迪翁说
“我们的目标是了解如何通过适当的形状和组成，最大化催化剂的反应面积，并控制正在发生的反应
" 迷你实验室 仅仅能够观察这一反应就需要一台特殊的显微镜，能够在极小的范围内成像一个活跃的化学过程
“很难观察催化剂在反应条件下是如何变化的，因为纳米粒子非常小，”凯瑟琳·西特乌说，她是迪翁实验室的前研究生，也是这篇论文的主要作者
“催化剂的原子尺度特征通常决定了转化发生的位置，因此区分小纳米粒子内部发生的情况至关重要
" 对于这种特殊的反应——以及后来控制催化剂的实验——显微镜还必须与样品中引入的气体和光相兼容
为了完成所有这些，研究人员在斯坦福纳米共享设施中使用了一台环境透射电子显微镜来引入光线，该显微镜带有一个特殊的附件，先前由迪翁实验室开发
顾名思义，透射电子显微镜使用电子对样品成像，这比传统的光学显微镜具有更高的放大倍数，而这种显微镜的环境特征意味着气体可以被添加到原本不通风的环境中
“你基本上有一个微型实验室，在那里你可以做实验，想象在近原子水平上发生的事情，”西特乌说
在一定的温度和压力条件下，富氢钯会释放出它的氢原子
为了了解光如何影响这种标准的催化转化，研究人员定制了一个金纳米棒——使用斯坦福纳米共享设施和斯坦福纳米制造设施的设备设计——位于钯下方，充当天线，收集入射光，并将其输送到附近的催化剂中
“首先，我们需要了解这些材料是如何自然转化的
然后，我们开始思考如何修改和实际控制这些纳米粒子的变化，”西特乌说
没有光，脱氢反应最活跃的点是纳米棒的两个尖端
然后，反应通过纳米棒，一路上释放出氢气
然而，有了光，研究人员能够操纵这种反应，使其从中间向外或从一个尖端向另一个尖端传播
基于金纳米棒的位置和光照条件，研究人员设法制造了各种不同的热点
突破和突破 这项工作是罕见的例子之一，表明即使在催化剂被制造出来之后，也有可能改变它们的行为
它为在单一催化剂水平上提高效率开辟了巨大的潜力
一个单一的催化剂可以扮演许多角色，利用光在其表面进行几个相同的反应，或者潜在地增加反应位点的数量
光控还可以帮助科学家避免不必要的、无关的反应，这些反应有时会与想要的反应同时发生
迪翁最有抱负的目标是有一天开发出高效的催化剂，能够在分子水平上分解塑料，并将其转化回原材料进行回收利用
迪翁强调，如果没有斯坦福大学的共享设施和资源，这项工作以及接下来的工作都是不可能的
(这些研究人员还利用斯坦福研究计算中心进行数据分析
)大多数实验室自己负担不起这种先进设备，因此共享它可以增加访问和专家支持
“我们所能了解的世界以及我们如何实现下一个重大突破是由共享研究平台来实现的，”迪翁说，他也是研究平台/共享设施的高级副教务长
“这些空间不仅提供了重要的工具，还提供了一个真正令人惊叹的研究群体
"
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