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原位电镜气相反应

2018.7.20
气相反应



气相反应因其在多领域的应用引起人们的广泛关注。很多化学反应是在催化剂辅助下,气相条件下发生的。对于纳米材料和生物分子,在实验条件下原位观察可以得到更多重要的信息。因此,原子尺度下原位研究气相反应,特别是气固界面的反应,可以帮助研究者们进一步理解材料的合成,性能及用途。


文章总结了原位电镜在气相环境下材料合成与催化领域的应用:


(1)原位观察气固液生长纳米线


在气固液反应过程中,气相扩散提供前体物质,形成液体共熔体,再生长成纳米晶种,最后生长成纳米线。而金属氧化物的纳米线生长机理有别于此。CuO纳米线的生长通过末端层层生长形成。


(2)奥斯瓦尔德熟化


颗粒基纳米材料具有很高的活性,随着反应的进行,由于烧结熟化过程中表面活性能的巨大损失,颗粒逐渐消失。其就表现出大的颗粒越来越大,小的颗粒越来越小,最后消失的现象。


(3)气相CO氧化


金属及其氧化物被广泛用于CO的催化氧化反应。在氧化过程中,在纳米颗粒表面主要发生如下现象:由于氧气扩散进入材料中,在次外层形成氧化层;由于催化剂优先吸附CO分子,热力学驱动纳米材料表面重组。催化剂表面的反应气体会改变催化剂表面对气体的吸附,进一步改变其表面能,从而使纳米颗粒发生表面重组。


(4)光催化降解水


研究者们通过透镜或光纤在原位电镜中引入光学信号,从而实现原位观察纳米材料在光催化过程中的变化。TiO2光催化降解水的过程中,暴露在外面的晶面会从有序状态逐渐变为无序的。通过XPS的分析,在TiO2无定形表面层监测到Ti3+组分,表明TiO2光催化降解水的过程中,涉及到TiO2的氧化还原过程。



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