盖世汽车讯 据外媒报道，德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)、瑞士保罗谢尔研究所(PSI)的瑞士光源和法国的欧洲同步辐射光源的研究人员合作开发了一种新诊断工具，以了解催化剂活动时的结构和功能。Operando X射线光谱将以三维方式使复杂技术催化剂的结构和梯度可视化，方便了解运行中的化学反应器。
(图片来源：phys.org)催化剂可用于加速化学反应，以减少能耗和不良副产物，通常必须具有高耐压性和机械强度，同时还要在动态环境下运行。为了改善现有的催化材料和工艺，需要确切了解其功能。KIT化学技术和高分子化学研究所的Thomas Sheppard博士表示：“无论是在大型化学反应器、电池还是在汽车中，催化剂通常具有高度复杂的结构。要真正了解这些材料是如何工作的，我们需要在催化剂工作时观察反应器内部，比较理想的是使用分析工具来检测活性催化剂复杂的3D结构。”Operando X射线光谱可提供3D图像和主要化学信息本项研究重点关注汽车催化转化器，由Thomas Sheppard博士负责领导。在研究过程中，该团队利用新开发的装置，并通过瑞士和法国的同步辐射设施进行断层成像实验。通过计算机断层扫描，可以产生3D图像样本，而不需要将其切开。研究人员使用一种特殊反应器，进行断层扫描和X射线光谱分析，以跟踪活性催化过程。通过这种方式，在与真实汽车尾气一样的条件下，研究人员成功观察到排放控制催化剂的3D结构。这种Operando X射线光谱分析不仅可以提供样品的3D结构，还提供重要的化学信息。该方法适用于多种催化剂该研究的主要作者之一、ITCP的Johannes Becher表示：“催化剂的结构通常很复杂且不均匀，因此了解它是整体或部分执行其化学功能，具有重要意义。通过Operando X射线光谱分析，我们可以看到其中的具体结构和功能，从而判断催化剂是否以最高效率运行。更重要的是，它可以帮助我们了解潜在过程。”在反应过程中，该团队观察到催化剂内活性铜物质的结构梯度。以前使用传统分析工具，无法做到这一点。这是考量排放控制催化剂性能的重要诊断信息。这种方法可以应用于许多不同的催化剂和化学过程。为材料和反应诊断提供新机遇该团队的研究表明，对活性催化剂的化学状态进行3D可视化检测，可以为材料和反应诊断带来新机会。ITCP的Jan-Dierk Grunwaldt教授表示：“以往我们不可能在不干扰催化剂的情况下，自由选择任一部分正在工作的催化剂并了解其中发生的反应。现在我们可以准确地追踪哪些反应正在发生，在哪里发生，以及为什么发生。对于提高我们对化学过程的理解，并设计更好、更高效催化剂，这具有关键意义。”只要有合适的样品环境，可在不同的同步辐射光源上，使用Operando X射线光谱进行分析研究。研究团队将继续进行研究，以了解和改进排放控制催化剂的设计和效率。
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