Udforskning af katalytiske reaktioner på nanoskala

National Physical Laboratory (NPL) har brugt en ny billeddannelsesfunktion - tip-forstærket Raman-spektroskopi - til at kortlægge katalytiske reaktioner på nanoskala for første gang.

Katalysatorer er stoffer, der letter kemiske reaktioner uden at blive forbrugt, gør det muligt for industrien at producere kemikalier, som ellers ville være uøkonomiske eller endda umulige. Katalysatorer bruges i over 90% af industrielle kemiske processer, fra produktion af lægemidler til energiproduktion, og menes at bidrage til over 35 % af det globale BNP

Pres for grønnere, billigere og mere bæredygtig kemi i industrien driver søgen efter nye katalysatorer med forbedret effektivitet og selektivitet. Rationelt design af katalysatormaterialer med skræddersyede egenskaber afhænger af vores evne til at identificere aktive steder ved reagerende overflader for at forstå struktur-ydelsesforhold. Imidlertid, konventionelle analytiske teknikker mangler ofte den nødvendige følsomhed ved de nødvendige længdeskalaer for at dette kan opnås.

Tip-forstærket Raman-spektroskopi (TERS) er dukket op som en kraftfuld og pålidelig teknik til at karakterisere overflader på nanoskala, kombinerer den høje kemiske følsomhed af overfladeforstærket Raman-spektroskopi og rumlig opløsning i nanoskala af scanningprobemikroskopi sammen, disse egenskaber gør TERS ideel til karakterisering af katalytiske reaktioner på nanometerlængdeskalaen.

Et team fra NPL har taget føringen i at bruge TERS til at identificere katalytiske nanopartikler på en overflade og har for første gang opnået kortlægning af katalytisk aktivitet i nanoskala. Nanometeropløsningen af ​​denne reaktive spektroskopiske billeddannelse, offentliggjort i tidsskriftet Royal Society of Chemistry Nanoskala , er endnu ikke blevet matchet af nogen anden analytisk teknik.

Holdets arbejde er håbet at bane vejen for den rutinemæssige brug af TERS til at studere katalytiske reaktioner med opløsning i nanoskala. I fremtiden, de rumlige variationer, der identificeres ved hjælp af denne teknik, kunne give kraftfuld ny indsigt i molekylær adsorption og reaktionsdynamik på overflader, i sidste ende muliggør forbedret kontrol og effektivitet af kemiske processer gennem informeret katalysatoroptimering.