原标题：南科大谷猛副教授经过环境透射电镜技能“看见”原子律动
近年来，各种原位的成像技能都得到了飞速的开展，其间最为典型的当属环境透射电子显微镜技能（In Situ TEM Technology）。南边科技大学资料科学与工程系副教授谷猛课题组奇妙规划了多个试验，并充沛的运用环境透射电镜技能，对反响条件下催化剂结构的动态改变进行了观测，为优化和规划催化剂新结构提出了新的见地，相关试验成果近期宣布在Small(IF:10.856）以及ACS Nano（IF:13.903）上。
在原子或许分子层面临催化剂的结构有一个详尽的了解，关于科研工作者了解催化现象并科学合理地规划催化剂有很大的协助。惯例的表征手法往往只能间接地得到催化剂的结构、微观信息，并不能为研讨人员供给具体具体的部分表征，但催化反响往往是在纳米标准甚至亚纳米标准下发作的，这就对表征手法提出了更高的要求。
环境透射电镜研讨PtPb@Pt催化剂的相别离进程
研讨催化剂在实践催化反响进程中的状况关于了解催化剂的催化机理具有很重要的含义。实践催化进程中，气体分子会经过影响外表能进而对催化剂的外表结构进行调制。但受限于研讨办法，在实在催化环境中，气体分子怎么重构催化剂外表依然不清楚。此外，除了催化剂外表结构的改变，在催化反响进程中，催化剂颗粒全体的结构甚至物相也会发作明显的改变。
图1（a-f）时刻分辩的TEM图画显现从PtPb @ Pt纳米板上剥离了Pb，赤色箭头表明构成的超薄Pb纳米片，（c）中的橙色箭头表明粒子1和2之间的气体构成；（g）HRTEM显现了在初始阶段的有核无定形Pb岛；（h）为转化的结晶Pb超薄片；赤色圆圈表明从纳米板分散到构成的Pb岛的Pb单原子
此项工作中，经过选用FEI MEMs芯片操控催化剂温度，课题组在环境透射电镜中研讨了PtPb@Pt核壳结构催化剂在CO气体中物相和结构的改变。图1说明晰从室温加热到300℃期间纳米片的相和形状演化。如图1（b）中的赤色箭头所示，在初始阶段，十分薄的纳米片开端从催化剂中分出。这些纳米片的尺度跟着加热时刻的添加而增加，如图1（c）所示。图1（g-h）中相别离初期的具体高辨率图画显现，当构成的Pb岛十分小（小于3.5 nm）时，它们对错晶态结构。一旦到达约3.5 nm，这些Pb岛就会敏捷结晶。
图2.（a）全体TEM图画，显现了Pb超薄片和PtPbx纳米颗粒的形状；（b-f）时刻分辩原位HRTEM图画，追寻超薄Pb纳米片在双鸿沟处的成长进程。图b是图a中赤色矩形区域的扩大图；（b）中的赤色箭头表明成长平面，赤色箭头表明成长平面的数量；在图（c）中，赤色球显现了堆叠的FCC-Pb晶体原子模型
原子级成像使课题组能够直接在CO气体原位加热进程中探求Pb纳米片的成长机理。如图2所示，咱们发现双晶的扩展成长前沿，双晶鸿沟由图2（a）中的赤色正方形表明。依据图2（b-e），课题组得出结论，孪晶鸿沟中心轴上的位点首要被占有，而且更多的原子被揉捏以填充同一层中的相邻位点。一旦填充了该层，就能够在其上面成长其他层。
左：原位调查Pb纳米片沿[111]方向成长；右：原位调查Pb纳米片沿孪晶界成长
据课题组成员介绍，运用像差校对的环境透射电镜，他们直接确认了PtPb @ Pt催化剂的相别离，并调查了CO气体环境中超薄Pb纳米片的逐层成长进程。根据原位TEM调查，超薄Pb纳米片在CO气体中出奇地安稳。相反，PtPb @ Pt催化剂能够在相同温度下的真空中坚持杰出的结构完整性。的研讨成果提醒了CO气体在许多催化剂体系中的毒性效果，并为优化双金属或核壳催化剂的规划供给了重要的反响定见。相关试验成果近期宣布在Small上。
文章链接：
https://doi.org/10.1002/smll.201903122
环境透射电镜助力解析Yolk−Shell结构向外表单原子催化剂改变进程
运用电解水制作高纯氢气是当时动力运用与转化中一个严重课题，因而，探究低本钱、高效的水裂解制氢反响电催化剂具有重要含义。商用IrO2催化剂因为运用贵金属，本钱十分贵重。现在，单原子催化剂已被证明是用于氧气分出反响（OER）的有用催化剂，且因为这些单原子的配位环境，使得单原子催化剂具有高选择性。一起，单原子催化剂能大大的提高有用负载量，并削减至少10倍的贵金属运用。
制备单原子催化剂的典型办法要求在基材外表上负载十分低的活性资料，随后将样品高温加热，这或许会引起外表原子与下面的基底资料键合或替换基底中的某些阳离子。因为在高温退火进程，相邻团簇的聚结或原子在纳米颗粒之间的搬迁会导致催化剂的烧结和失活，因而取得的样品或许包括不希望得到的团簇或纳米颗粒，需求额定的酸蚀刻以消除这些颗粒。可是，“经过将单个金属原子与具有很强亲和力的配体或底物配位来下降外表能和界面能，咱们很或许能够安稳这些单个金属原子。”课题组成员介绍道。
图3 .在原位加热条件下，Au核在Ni2P基体中分散和溶解，并构成单个Au原子和细小团簇进程的示意图
图4.（a）原位加热前的样品，（b）在350°C加热64分钟后，（c）在500°C加热5分钟后；（d）在c图中正方形区域的扩大图（Au溶解在Ni2P晶格中后结构的原子级图画和FFT）
课题组经过简略的退火工艺，将贵金属纳米颗粒转化为单个原子或细小团簇，首要合成了纳米级Au@Ni2P的Yolk-Shell（卵黄-壳）结构，然后简略地将Au@Ni2P的Yolk-Shell结构加热到约350°C，并在此温度下坚持约1 h。在这样的一个进程中，能够正常的运用像差校对的原位高分辩率扫描透射电子显微镜（STEM）清楚地调查到Ni2P中的Au原子分散和其单原子的构成进程，其进程示意图以及STEM相片别离如图3和图4所示。经过退火的Au-Ni2P样品具有明显改进的OER功能，超过了商用IrO2样品催化功率16倍，以及Au@Ni2P的Yolk-Shell结构催化功率12倍。这为经过简略操控核-壳或卵黄-壳结构的加热来制备高效且安稳的单原子催化剂供给了方向。相关试验成果宣布在ACS Nano上。
文章链接：
https://doi.org/10.1021/acsnano.9b02135
运用高分辩的环境透射电镜能够得到惯例手法无法取得的动态微观结构信息，对知道纳米催化剂在反响条件下的结构改变和失效剖析具有重要含义。谷猛表明，现在环境透射电镜的范畴还在快速开展进程中，能够让研讨者更容易地取得原子级的分辩率，也为规划和优化纳米催化剂供给了强有力的技能手法，这项技能在未来的的运用价值百科值得等待。
两项研讨得到了国家自然科学基金、广东省电力动力资料要点试验室、深圳市孔雀方案、深圳市DRC项目和南边科技大学剖析测试中心的大力支持。
来历 南边科技大学
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