能源部橡树岭国家实验室（ORNL）的科学家开发的催化剂原子级成像可以帮助制造商降低成本并提高无排放燃料电池技术的性能。

燃料电池依赖昂贵的铂催化剂来促进化学能到电能转化的反应。用贵金属如钴与铂合金降低了整体成本，但这样的合金催化剂的性能基于其原子结构和处理历史而变化。  

橡树岭国家实验室的一个小组已经在颗粒于显微镜内加热进行退火处理过程时，使用扫描透射电子显微镜来追踪单个铂 - 钴纳米颗粒催化剂中的原子重排。这些原位测量 -在显微镜柱的真空内实时地获取的 - 使研究人员能够收集传统显微镜技术得不到的原子水平数据。该研究结果发表在《自然通讯》杂志上。

 “这是单个纳米粒子第一次以这种方式被跟踪- 从退火处理的开始到结束以图像的方式展示原子水平的结构和组成变化，”橡树岭国家实验室共同作者Karren More说。

铂和钴原子位置的微小变化将会影响该催化剂整体的活性和选择性，所以退火 – 一个逐渐加热、保持和冷却的过程 - 通常用于修饰合金的表面结构。橡树岭国家实验室的原位显微镜实验记录了在退火过程中，特定原子的配置是怎样的，何时以及如何发生演变的。

 “你可以将物体从室温至800℃进行退火，但你不知道应该何时停止该过程，以确保最佳的催化性能，”主要作者Miaofang Chi说。 “因为你不知道颗粒是如何发展的，你可能会错过最佳的表面配置。”

橡树岭国家实验室研究中原子层次的细节，将指导想要微调催化剂原子结构以满足特定应用需求的研究人员和制造商。 “这项工作为通过后期合成的退火过程对催化剂进行设计以获得优化的性能铺平了道路，” Chi说。

新材料在线编译整理——翻译：王晶晶     校正：摩天轮