左图为莱斯大学提供的SEM图片，该图片显示莱斯大学创造的八角物质，其具有等离子体和催化双重作用。右图是八角物质的图解，其具有一个金核心和金-钯合金表面。标尺为50nm。

来源: Ringe Group/Rice University

具有催化剂和等离子体传感器双功能的纳米级八角物质点燃了更有效工业工艺的路径，莱斯大学科学家介绍。

催化剂是加速化学反应的物质,是包括石油、食品加工和医药在内的许多行业的至关重要因素。常见的催化剂包括钯和铂,均在汽车催化转换器中使用。等离子体是粒子（通常为金属）受光激发震动的电子波。通常是像金银的那类可以生物应用和化学检测领域用作传感器的金属等离子体。

等离子体材料不是最好的催化剂,催化剂作为等离子体通常也很差。但它们以正确的方式结合显示了工业和科学应用的希望,领导这一发表在Scientific Reports杂志上研究的RICE大学材料科学与纳米工程、化学助理教授Emilie Ringe说。

“等离子体粒子对光具有磁性,”与美国、英国和德国同事从事这一项目的Ringe说。“它们与光作用,并创建可以驱动化学过程的大电场。通过将这些电场与催化表面结合,我们可以进一步推动化学反应。这就是为什么我们研究如何把钯和金合并在一起。”

研究人员创造了金八角斑点然后用Au-Pa合金涂覆。八角物质被证明是有效的催化剂和传感器。

“如果你只是简单地把金和钯混合,你可能最终得到坏的等离子体材料和催化剂,因为钯不像黄金一样吸引光，”Ringe说。“但通过我们的技术，粒子具有金核和钯,所以能保持等离子体性质和表面成催化剂。”

同样重要的是,Ringe说,团队建立的表征技术,将允许科学家优化程序特定合金,实时报告它们的催化活性。

研究人员使用各种仪器分析了八角物质,包括莱斯大学的新Titan Themis显微镜—最强大电子显微镜的一种。“我们证实,即使我们在粒子上应用钯,它仍然能做类似黄金形状所做的一切。这是一个非常大的成功，”她说。

“如果你用一束光照耀在这些纳米粒子上,其创造出强大的电场。这些领域增强催化,但他们也报告说催化剂和分子出现在粒子表面,”Ringe说。

研究人员使用电子能量损失谱,阴极发光和能量色散x射线能谱法制作出等离子体激发电场的3D图。他们发现在等离子体最不容易激发的富钯区产生强大的电场。

Ringe预计今后的研究将产生用程序精确控制的各种形状的多功能纳米粒子。她的Rice实验室正在研究金属催化剂将惰性石油衍生品转化为新型药物骨干分子。

论文的合作作者是印第安纳大学的Christopher DeSantis和SaraSkrabalak；剑桥大学的Sean Collins和Paul Midgley；德国电子显微镜和光谱Ernst Ruska中心、Peter Grünberg研究所的Martial Duchamp和RafalDunin-Borkowski。

这项研究由欧盟第七框架计划、欧洲研究委员会、英国皇家学会、剑桥三一学堂、剑桥大学盖茨奖学金和国家科学基金会资助。

新材料在线编译整理——翻译：范红娜     校正：摩天轮