这张图显示了位于伯克利实验室先进光源设备上的一个实验装置，该装置使用红外光(红色显示)和原子力显微镜(图的中部和顶部)来研究长度约为100纳米的涂层铂微粒(黄色部分)的局域表面化学性质。

　　利用世界上最亮的光源之一来研究一些世界最小的颗粒，科学家证实了一个长期的假设：纳米粒子边缘处的原子的无序或“缺陷”是使它们成为有效的化学改变剂的原因。

　　改变剂或催化剂加速化学反应的过程，是制造许多日常生活必需品的关键，如塑料、燃料和肥料。这个过程被称为催化，它是化学工业的一个基本支柱，其使化学反应更高效和需要更少的能源，减少甚至消除有害物质的使用和生成。

　　虽然催化剂已经在工业中使用了一个多世纪，科学家们还没有观察到它们的结构是如何影响其作为改变剂的效率的。这是因为催化剂通常是由贵金属如铂、钯和铼来制成的微小的金属纳米颗粒。使纳米粒子成为高效催化剂的极小的尺寸也使得我们很难观察到它们是如何工作的。

　　如果科学家能在纳米级的水平上窥视单个纳米粒子的化学反应，他们将会获得很多有用的知识来改进催化剂的设计，以解决二十一世纪的紧迫的能源需求。

　　这些知识现在可能就在眼前了，这要归功于1月11日发表在《自然》杂志上的最新研究。在这项新的研究中，由耶路撒冷希伯来大学化学研究所和纳米科学中心的Elad Gross博士和加州大学伯克利分校化学学院和劳伦斯伯克利国家实验室的F. Dean Toste教授领导的研究人员，第一次直接观察到了在许多工业过程中作为催化剂使用的金属纳米颗粒是如何激活催化过程的。

　　通过使用一个比太阳亮度高出一百万倍的光源，研究人员能够在与工业中所使用的催化剂类似的铂颗粒上观察其化学反应活性。他们发现，化学反应活性主要发生在粒子的外围或边缘，而在中心其反应活性较低。

　　铂颗粒的中心和边缘观察到的不同的反应活性对应于在这两个位置的铂原子的不同性质。在颗粒中心，原子大多是平坦的，而在边缘，它们呈褶皱状，显得更杂乱无序。这种无序或“缺陷”的结构意味着边缘的铂原子不是完全被其它铂原子所包围着，因此与反应物分子形成了更强的相互作用。更强的相互作用可以激活反应物分子，并启动化学反应，将反应物分子转化为所需的产物。

　　该研究结果验证了一个在催化剂的世界里众所周知的假设——高催化反应活性与高原子缺陷密度相关。其也第一次证明了可以在单个颗粒的水平上识别出缺陷位置的增强活性。

　　“我们的发现提供了有关催化剂的原子结构控制其反应活性的方法的见解。这方面的知识可以指导改进催化剂的设计，通过减少化学反应所需的能量，和防止不必要的和具有潜在危险的产品的形成，使得工业化学过程更加环保。”来自耶路撒冷希伯来大学化学研究所和纳米科学中心的Elad Gross博士说。

　　为了研究单个纳米粒子，研究人员将一束由一个同步加速器光源(先进光源，劳伦斯伯克利国家实验室)产生的明亮的红外光束聚焦到一个针尖直径只有20纳米的细探针里面。该探针就像一根天线，将红外线定位在特定的范围内，通过这样，提供了识别驻留在催化纳米颗粒表面上的分子的能力。通过在纳米颗粒被红外光辐射时用纳米探针扫描这些颗粒，研究人员能够分辨出化学反应在颗粒表面发生的位置和条件。

　　来源：LabBang资讯