促进许多化学物质和燃料生产的催化过程可能会变得更加环保，这要归功于研究人员的突破列海和水稻大学。
在11月8日发表的《自然化学》杂志上发表的一篇文章中，研究人员报告了一项新型的电子显微镜成像研究研究了辅助氧化锆固酸催化剂。基于从这些图像获得的新信息，研究人员能够设计一种制备程序，将催化剂的活性增加了100倍以上。
催化剂是一种可以加速化学反应速率的物质，而不会自身被该反应消耗。液化催化剂被广泛用于生产许多化学物质，但由于蒸发，溢出和腐蚀引起的环境问题。化学公司正在寻求用固体酸催化剂代替液体催化剂，因为它们不会蒸发，溢出或导致腐蚀，因此可以更干净地使用和处置。
Lehigh-Rice团队使用了异常校正的扫描透射电子显微镜（STEM）和晚期光学显微镜和光谱技术，包括拉曼，红外和紫外线可见光谱，以散发出纳米结构和鼻孔固体酸性固态酸性氧化锆固体酸行为的光。催化剂。在其他应用中，辅助锆石用于通过称为异构化的过程来改善汽油的辛烷值，其中直链烷烃分子被转化为分支链分子。
该团队能够直接对各种钨氧化物物种进行成像，包括单体，聚合物样链和亚纳米簇，这些簇在纳米晶氧化锆底物上得到了支持。催化性能研究表明，最活跃的催化物质是氧化钨簇，仅测量直径0.8至1 nm，并与载体中产生的一些锆原子混合。纳米分数为十亿米或大约10个氢原子的直径。
然后，该团队故意沉积催化活性的亚纳米混合钨 - 氧化锌簇簇，以先前具有低催化活性的钨硫化催化剂。当发现较差的催化剂的催化活性通过两个数量级改善时，该团队关于钨硫化氧化锆材料中活性物质的身份和结构的假设得到了证实。研究人员已为其新的催化剂制备方法提出了专利申请。
自然化学文章的标题为“在ZRO2支持固体酸催化剂上对活性ZR-WOX簇的鉴定”，有六位作者。首席作家吴周是博士学位。利哈伊（Lehigh）材料亚博网站下载科学与工亚博老虎机网登录程学的候选人。其他作者是伊丽莎白·罗斯·梅加登（Elizabeth Ross-Medgaarden），他获得了博士学位。2007年利哈伊（Lehigh）的化学工程专业；威廉·诺尔斯（William V. Knowles），获得博士学位2006年大米的化学和生物分子工程专业；迈克尔·王（Michael S.以色列E. Wachs，利哈伊化学工程教授；Lehigh的材料科学与工程学教授Christopher J. Kiely也是亚博网站下载该论文的对应作者。亚博老虎机网登录
该研究是由国家科学基金会通过其纳米级跨学科研究团队（NSF-NIRT）计划资助的亚博老虎机网登录。指导里哈伊（Lehigh）的Operando分子光谱和催化实验室的Wachs是该赠款的首席研究员。利哈伊（Lehigh）的纳米含量实验室主任Kiely是联合调查员，Wong也是赖斯（Wong）指导催化和纳米材料实验室的Wong。亚博网站下载
Lehigh-Rice团队还与弗吉尼亚大学的化学工程学教授Matthew Neurock密切合作，Matthew Neurock是计算和理论催化专家。Neurock是NSF-NIRT项目的共同PI。
旧问题的新观点
Lehigh-Rice团队将其成功的大部分归因于使用，这是第一次使用钨氧化锆催化剂，被像差校正后的扫描传输电子显微镜（STEM），并与三种光谱技术进行整合 - 雷神，紫外线和紫外线，紫外线和紫外线 - 紫外线 - 紫外线。。WACHS说，只有通过将显微镜和光谱研究结合在一起，才有可能在分子水平上获得洞察力，以确定钨氧化锆酸性的起源。
四年前，里海成为世界上第一所获得两种经过异常校正的STEM仪器的大学。VG HB 603茎可以绘制纳米颗粒的化学成分，而JEOL 2200 FS茎具有无与伦比的成像功能。yabo214研究人员采用了一种称为高角度环形暗场成像（HAADF）的显微镜技术，该技术使用了仅1倍宽的电子束（0.1 nm）宽，以获得支撑的氧化钨种类的清晰图像。
研究人员在自然化学中写道：“在被像差校正的茎中的钨酸催化剂的HAADF成像首次可以直接对存在的各种[催化]物种进行直接成像。”
瓦赫斯（Wachs）因其在催化方面的工作以及在拉曼和其他光谱技术方面的专业知识，尤其是在反应条件下而享有国际知名，他说，被像差校正的茎已经在催化物种的结构和大小上打开了前所未有的窗口。
Wachs说：“这一新一代被像矫正的茎使我们最终能够看到我们正在研究的物种的尺寸。”“我们可以看到单体，二聚体和三聚体以及较大的氧化钨簇。”
WACHS说，研究人员使用了与从Raman，IR和UV可见光谱的数据共同获得的信息，并从受控的催化剂测试研究中获得的数据共同研究，从而使分子促进了更好的催化剂。当催化性锆石发生时，在原位进行光谱实验。
Wachs的Operando分子光谱和催化实验室是美国催化中最先进的光谱仪器的所在地。高分辨率 - 拉曼光谱仪（Horiba Scientific Labraman-HR）与一个系统中的IR和UV可见光谱集成在一起，以使同时收集来自同一催化斑点的多光谱信息。光学技术还在反应条件下（气固氧和固液）以及来自催化反应器细胞的废水反应产物的功能，并通过质谱法同时监测。所有信息均可实时收集（纳秒至第二范围）。
Wachs说：“这些成像和光谱技术的组合使我们能够使我们成为一个活跃的催化部位，将其沉积在活性低的催化剂上，并显示出100倍的催化活性。”“简而言之，我们已经能够按需设计通过分子来设计催化剂的活性催化位点。