National Physical Laboratory (NPL) har använt en ny bildförmåga - spetsförstärkt Raman -spektroskopi - för att kartlägga katalytiska reaktioner på nanoskala för första gången.

Katalysatorer är ämnen som underlättar kemiska reaktioner utan att förbrukas, gör det möjligt för industrin att producera kemikalier som annars skulle vara oekonomiska eller till och med omöjliga. Katalysatorer används i över 90% av industriella kemiska processer, från produktion av läkemedel till energiproduktion, och tros bidra till över 35 % av den globala BNP

Trycket för grönare, billigare och mer hållbar kemi inom industrin driver sökandet efter nya katalysatorer med förbättrad effektivitet och selektivitet. Rationell design av katalysatormaterial med skräddarsydda egenskaper bygger på vår förmåga att identifiera aktiva platser på reagerande ytor för att förstå struktur-prestandasamband. Dock, konventionella analytiska tekniker saknar ofta den känslighet som krävs vid de nödvändiga längdskalorna för att detta ska uppnås.

Spetsförstärkt Raman-spektroskopi (TERS) har dykt upp som en kraftfull och pålitlig teknik för att karakterisera ytor i nanoskala, kombinerar den höga kemiska känsligheten hos ytförstärkt Raman-spektroskopi och nanoskala rumslig upplösning av skanningssondmikroskopi Tillsammans, dessa egenskaper gör TERS idealiskt lämpade för karakterisering av katalytiska reaktioner i nanometerlängdsskala.

Ett team från NPL har tagit ledningen i att använda TERS för att identifiera katalytiska nanopartiklar på en yta och har uppnått nanoskala kartläggning av katalytisk aktivitet för första gången. Nanometerupplösningen för denna reaktiva spektroskopiska avbildning, publicerad i tidskriften Royal Society of Chemistry Nanoskala , har ännu inte matchats av någon annan analytisk teknik.

Teamets arbete hoppas kunna bana väg för rutinmässig användning av TERS för att studera katalytiska reaktioner med upplösning i nanoskala. I framtiden, de rumsliga variationer som identifierats med denna teknik kan ge kraftfull ny insikt i molekylär adsorption och reaktionsdynamik vid ytor, i slutändan möjliggör förbättrad kontroll och effektivitet av kemiska processer genom välgrundad katalysatoroptimering.