2021 年 8 月 6 日消息，纽约州罗彻斯特市，罗彻斯特大学的一个团队展示了脉冲激光在加速化学催化剂研究方面的功效。按照传统的方法，仅使用化学反应（通常在液相中）的传统湿化学程序，催化剂的开发是一件非常耗时的事情，即使是能够触发原子排列和运动的单一催化剂材料的开发也可能需要数月甚至数年的时间。
当正确的催化剂与的化合物混合时，原本需要数年时间才能相互作用的分子只需几秒钟。化学催化剂是我们日常生活中几乎所有物品（从塑料到处方药）的生产背后的变革推动因素。
罗彻斯特团队审查了近 600 篇涉及在液体中使用脉冲激光的先前论文，报告称有一种方法可以显着缩短这一过程，通过在液体中使用脉冲激光快速创建精心调整的、系统的纳米颗粒阵列，这些纳米颗粒可以易于比较和测试用作催化剂。
该研究由罗切斯特大学化学工程教授阿斯特丽德·穆勒 (Astrid Müller) 以及合著者莱兰·福赛思、康纳·考克斯和玛德琳·威尔西领导。
化学工程助理教授 Astrid Müller 说，在液体中使用脉冲激光是发现催化剂的“不可或缺的工具”，他的背景包括激光、材料和电催化方面的工作，由罗切斯特大学的 J. Adam Fenster 提供
该过程以脉冲激光开始，该激光指向浸入液体中的固体材料。这会在固体表面附近产生高温、高压的等离子体。随着等离子体衰变，它会蒸发周围液体中的分子，从而形成空化气泡。在气泡内，来自液体的颗粒与从固体中烧蚀或脱落的颗粒之间开始发生化学反应。
经过周期性的膨胀和收缩，空化气泡剧烈内爆，引起冲击波和快速冷却。气泡中的纳米粒子凝结成小簇，注入周围的液体中并变得稳定。
Müller 说，与传统的纳米材料湿实验室合成相比，该方法具有多种优势。由于反应主要被限制在空化气泡内，因此产生的纳米粒子具有非常均匀的特性，因为它们是在相同的条件下产生的。
此外，通过调整激光脉冲以及固体和周围流体的化学成分，可以很容易地微调纳米粒子的特性。激光制造的纳米催化剂本质上也比通过湿化学方法制造的催化剂更具活性。可以轻松生产具有非平衡结构和复合材料的亚稳态纳米材料；这种材料不能在中等温度和压力下制造。
脉冲激光束（绿色）撞击浸入液体中的固体，触发一系列事件，产生具有受控特性的均匀纳米粒子，插图由 Astrid Müller 提供
激光合成也可以远程控制。它也快得多。该技术可以在一小时或更短的时间内制备大量的纳米颗粒。一周内可以制作 70 种材料的系统阵列。
“这些优势使其成为发现的不可或缺的工具，”穆勒说。
液体中脉冲激光合成是具有商业用途的，但是，投资激光技术的启动成本是许多公司的绊脚石。不过，随着这种方法越来越受到关注，这种情况将会改变。
该研究发表在《化学评论》上。
联系客服
