盖世汽车讯 在燃料电池或汽车尾气净化等许多重要应用中，金属表面扮演着催化剂的角色，然而其行为受到与表面氧原子的决定性影响。这一现象早已为人所知，但人们一直无法具体地逐点研究氧在复杂表面中起到的作用，以便在原子层面上了解其化学背景。据外媒报道，最近，维也纳技术大学（TU Wien）与意大利的里雅斯特Elettra Synchrotron的研究团队合作实现了这一点。
（图片来源：维也纳技术大学）
该校材料化学研究所的Günther Rupprechter教授表示：“在催化过程中直接检测金属表面要面临巨大的挑战。当然，你可以将整个催化剂放入反应器中，并测量产生了哪些化学产物，但是这样只能得到一个平均值。你无法了解催化剂上的哪些位点能对化学反应发挥作用，又是以什么方式起作用的。”
还有一种方法是不使用真正的催化剂，而采用简单、高度清洁和理想化的催化剂，例如大家都很了解的微小的单晶体，在显微镜下进行研究。在这种情况下，可以得到精确的可重现结果，但与实际应用的关联性不大。
因此，由Günther Rupprechter和Yuri Suchorski领导的研究团队将两种方法结合在一起。他们使用铑制成的薄箔，其中包含细小的颗粒，而且每个颗粒上的表面原子排列都不同。在同一颗粒中，这些原子可以形成光滑规则的表面，同时外部原子都处于完全相同的平面上；在其旁边，原子可能自我排列，形成由许多原子台阶构成的更复杂的结构。
事实证明，这些台阶具有重要意义。主要研究人员Philipp Winkler表示：“就催化活性而言，催化剂的氧化状态起着核心作用，也就是说氧是否附着在金属原子上。在早期实验中，我们经常发现处于‘氧化’和‘未氧化’之间的某种状态，而这种状态很难解释。”然而，当有人发现并不是每一粒铑的氧化程度都相同时，这一点就很容易理解。氧化现象往往从角落、边缘和台阶开始发生，在这些地方氧原子很容易与表面结合。因此，具有不同表面结构的不同颗粒，发生的氧化程度不同。
研究人员Yuri Suchorski表示，可以将高度发达的技术结合起来进行此类研究。“在特殊的电子显微镜中，在催化反应过程中用紫外光照射样品，并将由此产生的电子发射以微米空间分辨率记录下来。因此，我们能够精准地确定哪些铑箔颗粒的催化活性特别高。然后，用完全不同的显微镜再次检测同一样品，用同步加速器上的X射线进行逐粒照射，获得关于样品表面氧化情况的精确信息。”如果将两个结果结合起来，可以准确确定哪种化学行为是特定结构特征。其主要优点是：可以通过单次实验检测整个铑金属箔，尽管其中包含数百种不同颗粒。
在真实条件下，不再单独研究微小的单晶体，而是其中包含许多不同结构的用于催化的样品，并立即获得关于这些结构的性质的信息。Rupprechter表示：“这是催化研究进程中的重要一步。现在，我们不再满足于仅仅测量平均值，因为这不能充分描述整个样品。与之相反，我们可以详细地了解某种原子结构所能发挥的具体作用，从而改良许多重要催化剂，用于众多能源和环境技术应用。”
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