Voor jaren, kern-schil gestructureerde deeltjes zijn erkend als goed ontworpen katalysatoren die reactie-activiteit kunnen vergemakkelijken vanwege hun duidelijke synergie aan het grensvlak.

Onlangs, door een combinatie van in situ methoden te gebruiken, Dr. Liu Wei en zijn collega's van het Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) van de Chinese Academie van Wetenschappen hebben ontdekt dat de kern-schilconfiguratie van een Ni-Au-katalysator verloren ging tijdens de eigenlijke reactie en daarna werd hersteld. De Ni-Au-legering als het echte actieve oppervlak kan alleen worden waargenomen via in situ microscopie. De resultaten zijn gepubliceerd in Natuur Katalyse .

Ondersteunde metalen nanodeeltjes kunnen van grootte veranderen, structuur, en actieve oppervlaktesamenstelling onder reactieomstandigheden, daardoor anders functioneert dan verwacht.

Wat betreft kern-schaal nanodeeltjes - een van de meest populaire heterogene katalysatoren - wordt aangenomen dat hun katalytische eigenschappen voortkomen uit de synergie van elektronica en geometrie tussen de kern en de schaallaag.

Echter, gebrek aan direct in situ bewijs dat de gelokaliseerde atomaire coördinatie / rangschikking tijdens echte reacties visualiseert, belemmert ons begrip van het werkelijke structuur-activiteitsmechanisme en kern-shell-functionaliteit.

De onderzoekers van DICP beschreven het echte katalytische oppervlak van een Ni-Au bimetaalkatalysator. Zonder in situ karakterisering, het vertoonde geen verschil met enige andere gerapporteerde kern-schaal-katalyse. Zijn hoge CO-selectiviteit (> 95%) (Fig. 1b) kan worden toegeschreven aan de goed gecontroleerde ultradunne (ongeveer twee atomen dikke) Au-schaal, omdat een nikkelkatalysator altijd methaan oplevert.

Echter, door omgevingstransmissie-elektronenmicroscopie te gebruiken om het dynamische proces op atomair niveau direct te visualiseren (figuur 1a), de onderzoekers onthulden dat de kern-schilstructuur niets bijdroeg aan de reactiviteit omdat de kern-schil Ni-Au tijdens de reactie kinetisch werd omgezet in een Ni-Au-legering en na de reactie dramatisch terugkeerde naar de kern-schil-configuratie (Fig. 1c) .

Deze ontdekking is goed ondersteund door resultaten van meerdere in situ technieken, waaronder synchrotron-röntgenspectroscopie en infraroodspectroscopie, evenals theoretische simulaties.

Deze bevinding met betrekking tot core-shell nanodeeltjes doet ons conventionele begrip teniet. Als resultaat, onderzoekers kunnen zich afvragen of core-shell-katalysatoren onder werkomstandigheden echt in core-shell-structuur zijn of niet. De ontdekking van deze verborgen transformatie geeft ook aan dat pogingen om core-shell-structuren te synthetiseren in sommige reacties onnodig kunnen zijn.