钯纳米粒子中的化学振荡可能为贵金属催化剂的回收铺平道路

诺丁汉大学化学学院的研究人员使用透射电子显微镜（TEM）观察了钯纳米粒子在液体环境中的完整生命周期，从成核到生长再到溶解，整个周期重复多次。这项研究发表在Nanoscale上

金属纳米粒子最重要的应用之一是催化，催化是化学工业的支柱

该领域的专家Jesus Alves Fernandes博士说：“多年来，涉及钯的催化机制一直备受争议，特别是在纳米尺度上，均相（溶液中）和非均相（纳米颗粒表面）催化剂之间的区别变得模糊。

”钯纳米颗粒可以在这两种模式之间切换的发现可以帮助我们开发新的高效催化剂，用于净零反应，如二氧化碳还原和氨合成。此外，这些知识可能有助于钯等关键金属的回收和再利用，因为钯的全球供应正在迅速减少。“

热力学定律导致化学反应，包括涉及纳米粒子的化学反应，朝着一个方向进行。虽然振荡化学反应在人造过程中并不常见，但它们经常发生在远离热力学平衡的生物体中。

了解这些化学振荡可以帮助我们解开一些大自然的奥秘，包括从混沌到有序的转变、涌现的行为、动物皮毛的模式，甚至地球上生命的起源。

安德烈·赫洛比斯托夫教授领导着诺丁汉大学的研究小组，该小组专注于对单个分子的化学反应进行成像。原子，实时和直接空间。

他说：“我们开始研究液体中钯纳米粒子的形成，并很高兴在TEM观察中直接观察到纳米粒子的形成。这些纳米粒子从钯盐溶液中出现，随着时间的推移变得更大、更结构化。

”令我们惊讶的是，一旦纳米粒子达到约5纳米的尺寸，它们就开始溶解回溶液中，完全消失，然后再次生长。“

纳米颗粒在液体池中产生复杂的分支模式，在生长和溶解过程中周期性地脉动。然而，当反应在碳纳米管（用作微型试管）中包含的液滴中进行时，可以在原子分辨率下观察到纳米颗粒的生命周期。

碳纳米管减缓了这一过程，可以详细观察成核、生长和溶解的早期阶段。这显示了一个带有晶面的圆盘状形状，表明纳米颗粒与溶剂分子的相互作用。

Will Cull博士诺丁汉大学化学学院的研究员说：“理解这一意外现象的关键在于认识到电子显微镜是一种强大的成像技术，也可以改变被观察到的材料

“这种方法通常用于用电子束雕刻结构，但在这种情况下，电子束的能量被用来破坏碳氢键，并从溶剂中的溴阴离子中置换价电子。因此，当我们对样品进行成像时，会触发化学反应。”

进行测量的Rhys Lodge博士解释说：“我们认为，涉及溶剂的化学反应在电子束的激活下，会促使钯离子还原为钯金属，以及钯金属氧化回钯离子。由于这两个过程之间的竞争，纳米颗粒不断生长和收缩，在这两种状态之间发生化学振荡。”