VSParticle火花烧蚀技术如何帮助多相催化
发展未来的主流多相催化剂需要对当今最先进的催化剂有基本的了解。目前的催化剂通常由金属纳米颗粒(如Pt、Ru、Ni、Co)沉积在氧化物载体(如Al)上组成2O3., TiO2、SiO2)．对于任何催化反应，金属纳米颗粒的大小和形状都会对整个催化剂的催化性能产生深远的影响。1一般来说，越小的纳米颗粒表面金属原子的比例越高，催化活性越高。然而，在一定的阈值以下，纳米颗粒可能不再容纳特定催化反应的最活跃的位置。
为了揭示指示其催化性能的金属纳米粒子的具体特征，广泛的(原位/ operando)的表征方法。这些方法，包括现代电子显微镜(例子包括:原位Hr-tem, haadf-stem, stem-edx, stem -鳝鱼)2，3和光谱学(例子:原位FTIR、XAS等)技术;4要求通用和可重复的合成程序，以获得模型纳米颗粒催化研究。
在这些基础研究中，传统的多相催化剂合成方法(如浸渍法、共沉淀法等)往往不适合制备先进显微镜或光谱测量所需的模型催化剂。更先进的方法，如胶体纳米粒子合成路线，具有繁琐和耗时的合成程序。此外，胶体纳米粒子所需的稳定配体会严重影响金属纳米粒子的行为和催化活性，因此必须去除。5这通常是可以实现的通过在高温(> 500°C)下进行的热处理，会导致纳米颗粒烧结或损坏纳米颗粒沉积的衬底。因此，生产模型非负载型和负载型催化剂的通用方法对于提高我们对催化体系的理解和开发未来的催化剂至关重要。
图1:配备VSP-A1扩散附件的VSP-G1纳米粒子发生器的实验设置。
VSParticle的火花烧蚀纳米粒子合成方法的优点
VSParticle的火花烧蚀技术为当今的催化研究人员提供了一种快速生产纳米颗粒的通用方法。的VSP-G1纳米粒子发生器(VSP-G1)只要按下一个按钮，就能生产出可调谐的金属纳米颗粒。使用VSP-A1扩散附件(VSP-A1, VSP-A1，图1)。这种方法被直接应用于在TEM网格上制备非负载金纳米颗粒(AuNPs)(图2)。这些高结晶的AuNPs不含稳定配体/表面活性剂，而稳定配体/表面活性剂可以影响纳米颗粒的形状，使这些纳米颗粒成为理想的原位TEM研究。此外，通过为VSP-G1配备预合金电极，可以生产和研究双金属/多金属纳米颗粒，以揭示其独特的催化性能。
图2:使用配备VSP-A1的VSP-G1直接沉积在TEM网格上的不支持金纳米颗粒的HAADF-STEM图像(由Günther Rupprechter教授提供)。
清洁的纳米颗粒准备先进的催化剂表征
许多光谱技术的最新进展确保了今天的最高影响的催化研究人员已经接受原位/ operando在他们的作品中。例如，振动技术，如拉曼光谱，可以提供深入了解参与催化反应的表面和气相物种。为了增强拉曼信号，有效地研究这些反应，壳隔离纳米粒子增强拉曼光谱(SHINERS)采用催化活性纳米粒子(如Ni, Pt, Rh)沉积在SiO上2包裹金纳米颗粒(Au@SiO2)原位研究。壳分离纳米颗粒(SHINS)具有较低的热稳定性(约450°C)，因此SHINS的研究通常仅限于研究贵金属催化剂(如Rh, Pt, Pd)，它们可以在Au@SiO上在低温下还原成金属纳米颗粒2．然而，工业上相关的金属，如镍，在加氢反应中是不活跃的，除非在催化反应之前有高温还原步骤(约500°C)。因此，迫切需要用工业相关金属(如Ni, Co, Cu, Fe)生产SHINERS活性催化剂的方法。
图3 (a) Au@SiO的TEM图像2，通过(b)镍前驱体浸渍，(c)胶体沉积和(d)火花烧蚀(SEM)在其上沉积镍纳米颗粒。那些通过火花烧蚀制备的材料是唯一有活性的原位夏纳斯测量(复制自6)．
VSParticle火花烧蚀技术使工业相关的镍催化剂变得容易
Wondergem最近出版的一篇文章等．展示了镍纳米颗粒是如何在Au@SiO上沉积的2小腿通过引发消融。与传统的合成方法如浸渍法和胶体沉积法相比，火花烧蚀法提供了shiners活性催化剂。6重要的是，这些传统的湿法合成方法需要苛刻的热条件来去除污染物并激活镍基催化剂。最终，这样的条件摧毁了SHINS，并通过Ni/Au@SiO来避免2通过引发消融。火花烧蚀法制备Ni/Au@SiO2催化剂被用于原位工业相关氢化反应的拉曼光谱研究。这是Wondergem的作品等．通过使用SHINERS(一种最初仅限于贵金属基催化剂的技术)的研究，展示了低过渡金属催化剂现在的性能。在下面的图4中，用VSP-G1和VSP-A1电火花烧蚀法制备的Ni催化剂的光谱证明了这一结果。光谱是在乙炔加氢条件下获得的，并突出(a)暴露于反应物气体后表面吸附物种的存在/不存在，(b)原位反应中气相产物的形成。这些结果允许作者(c)确定在镍催化乙炔加氢过程中，Ni表面存在哪些分子种类(复制自6)．
图4:用VSP-G1和VSP-A1电火花烧蚀法制备的负载型Ni催化剂的原位SHINERS谱。
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