文章来源：nanowerk | 翻译：世界铂金投资协会
一项新的研究揭示了铂核心-铑外壳的奈米颗粒在催化过程中如何变化。铑原子部分向内部扩散，但大部分仍停留在表面并氧化，其行为取决于奈米颗粒刻面的取向。
(Nanowerk News) 一个团队利用德国电子同步加速器 (DESY) 奈米实验室的显微分析与 BESSY II 的光谱显微镜技术相结合，对奈米催化剂在催化过程中的化学行为获得了新见解。这些奈米颗粒由铂核心和铑外壳组成。这种结构有助于更好地了解结构变化，例如用于排放控制的铑-铂催化剂。研究结果显示，在典型的催化条件下，外壳中的部分铑可以扩散到奈米颗粒内部。然而，大部分仍停留在表面并氧化。这个过程强烈地取决于奈米颗粒刻面的表面取向。奈米颗粒相对于其质量具有巨大的表面积。这使得它们成为有吸引力的催化剂：金属奈米颗粒可以促进化学转化，无论是用于环境保护、工业合成还是从二氧化碳和氢气生产（可持续）燃料。
铂 (Pt) 是最著名的金属催化剂之一，用于排放控制的非均相气相催化中，例如将燃烧引擎汽车废气中的有毒一氧化碳转化为无毒的二氧化碳。“将铂颗粒与铑 (Rh) 元素混合可以进一步提高效率，”该论文的第一作者 Jagrati Dwivedi 表示 (ACS Nano，“Spectro-Microscopy of Individual Pt–Rh Core–Shell Nanoparticles during Competing Oxidation and Alloying” )。这两种元素的位置在此过程中发挥着重要作用。所谓的“核心-外壳”奈米颗粒，其具有铂核心和极薄的铑外壳，有助于寻找能延长奈米颗粒寿命的最佳元素分布。
然而，到目前为止，人们对催化剂表面在运作期间的化学组成如何变化知之甚少。由 DESY 奈米实验室显微镜组负责人 Thomas F. Keller 领导的团队，现已在 BESSY II 对此类结晶态的铂-铑奈米颗粒进行了研究，并对多面体奈米颗粒刻面上的变化获得了新见解。这些奈米颗粒首先在DESY 奈米实验室使用扫描电子显微镜和原子力显微镜进行表征并在其附近进行标记。然后利用这些标记，在BESSY II 的一个特殊仪器上，使用 X 光同时对这些奈米颗粒进行光谱分析和显微成像。
马克斯·普朗克学会弗里茨·哈伯研究所的 SMART 仪器能够以显微镜模式进行 X 射线光电子发射显微镜 (XPEEM) 分析。这使得能够以高空间分辨率区分单独的元素，从而能够观察近表面原子层的化学过程。“该仪器可以对单个元素进行化学分析，分辨率为 5-10 奈米，这是独一无二的，” Thomas Keller 说。
研究表明，铑在催化过程中可以部分扩散到铂核心中：这两种元素在催化剂的典型操作温度下是可以混溶的。在还原环境 (H2) 中，这种混合作用会增强；在氧化环境 (O2) 中则会减缓，但不会逆转铑向铂的净流量。
“在更高的温度下，这个过程甚至会显著增加，” Keller 解释道。反应速率也取决于奈米颗粒刻面的取向。“它们在某些刻面上特别高，” Jagrati Dwivedi 强调说：“我们的刻面解析研究表明，铑的氧化在具有许多原子阶梯的刻面上最高，在这些地方原子最容易结合。”对氧化行为的详细分析将有助于进一步优化此类奈米催化剂，它们在使用过程中可能会发生不可逆转的变化。（来源：nanowerk）
