活性奈米粒子的成像，是解讀多相催化劑動力學中的一個里程碑。在此，來自德國漢堡大學的 ANDREASSTIERLE等研究者報道了
在催化反應條件下，透過相干X射線衍射成像測定單個PtRh合金奈米粒子在SrTiO3上的面分辨和表面應變
。相關論文以題為“Single alloy nanoparticle x-ray imaging during a catalytic reaction”發表在Science Advances上。
論文連結：
https：//www。science。org/doi/10。1126/sciadv。abh0757
多相催化劑，在當今和未來的工業規模的能源生產、轉換和儲存，以及環境應用中的廢氣淨化方面，發揮著決定性的作用。此外，他們參與了超過80%的化學生產過程。在奈米尺度上，多相催化劑由不同大小、形狀和組成的氧化物負載的活性奈米顆粒組成。在操作條件下，催化劑暴露在常壓或更高壓力和更高溫度下的活性氣體混合物中，使其成為一個相當複雜的動力學系統。結構的複雜性和苛刻的反應條件，常常阻礙了對催化反應原子尺度的理解，而這是未來任何合理設計具有定製活性、選擇性和壽命的更高效催化劑的核心。
為了克服以上限制，需要高解析度成像技術，與現實的反應條件相容。近年來，透射電子顯微鏡在常壓催化反應條件下奈米粒子的研究方面，取得了長足的進展。此外，在其他X射線成像技術中，
相干X射線衍射成像(CXDI)，也已被證明是奈米解析度的奈米尺度物體結構表徵的一種非常強大的方法
。它可以研究一個奈米物體的三維（3D）晶體電子密度和應變場，這在氧化、還原和反應條件下的實驗中得到了證實。然而，目前還缺乏原位研究，包括工作催化劑的單奈米顆粒水平的結構表徵。
據報道，含PtRh奈米顆粒的廢氣淨化三元合金催化劑，由於協同電子效應而表現出更高的活性。它們的近表面成分，預計會因不同的氣體環境而不同，從而影響其活性。
在此，研究者證明了在典型的CO氧化反應中，在原位催化流動條件下，一個活性的、單一的PtRh合金催化劑奈米顆粒的表面可以用X射線成像。密度泛函理論計算，可允許將晶面表面應變狀態與其反應環境依賴的化學成分聯絡起來。研究發現，在CO氧化反應條件下，初始Pt-終端的奈米粒子表面富集了Rh。區域性成分依賴於面取向，在隨後的CO還原作用下，Rh富集是不可逆的。在原位條件下，跟蹤表面分解的應變和成分，對於合理設計更高效的多相催化劑至關重要，該催化劑具有量身定製的活性、選擇性和壽命。
圖1 樣品結構。
圖2 不同氣體條件下的奈米顆粒形狀和表面應變。
圖3 表面分解應變作為反應條件的函式。
圖4 表面成分和氧覆蓋依賴的計算表面應變。
綜上所述，這些面依賴的、組成的多相性，可能使更有效的反應途徑和更高的催化活性和選擇性。該結果為在工業原位條件下，多相催化劑單奈米顆粒結構的表面敏感研究提供了機會。（文：水生）
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