成像技术的最新进展有助于优化用于车载燃料加工的催化剂。A * STAR的研究人员已经确定了可以激活和去激活金纳米粒子催化剂的微妙的原子级结构转换，这一发现可能导致更持久的氢燃料电池。

氢气(H 2)中存在一氧化碳(CO)杂质会对燃料电池的性能产生不利影响。最近的研究表明，金纳米粒子 - 小于5纳米的颗粒 - 可以在温和的温度和压力条件下催化去除H 2中的CO杂质。这种突破性的理解有助于促进使用“车载”燃料加工技术的燃料电池汽车的发展。不幸的是，金纳米粒子在使用几个小时后往往会失去催化活性 - 如果要使用金纳米粒子，科学家们需要克服这个问题。

A * STAR化学与工程科学研究所的Ziyi Zhong，A * STAR材料研究与工程研究所的Ming Lin和同事已经确定了可以激活和去激活金纳米粒子的微妙的原子级结构转换催化剂，这一发现可能导致更长久的氢燃料电池。

研究人员着手设计一种改进的催化剂，用于所谓的优先氧化(PROX)反应。该方法将CO杂质转化为含有金属催化剂的陶瓷载体上的二氧化碳(CO 2)。此前，该小组发现，基于二氧化硅的载体，称为SBA-15，可以通过选择性地吸收CO提高CO去除2副产物。研究人员利用另一种SBA-15特性 - 一种由末端胺基团修饰的介孔骨架 - 来设计一种新型PROX催化剂。

首先，该团队使用胺改性将金和氧化铜(II)(CuO)前体的混合物均匀地分散在SBA-15载体上。然后，他们使用加热处理在SBA-15载体上产生金和CuO纳米颗粒。SBA-15中的大量孔隙和CuO颗粒共同作用以阻止金纳米粒子的聚集 - 这是催化剂去活化的主要原因。

随后，该团队取得了前所未有的化学成就：使用高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM)和三维电子断层扫描(见下面的电影)，在原子尺度上对催化剂进行局部结构表征。这些成像技术表明，活性催化剂位点 - 非晶和结晶CuO附近的金或金铜合金纳米颗粒 - 保持稳定长达13小时。然而，还原气氛最终将CuO转化为氧化铜(I)和游离铜; 然后，后者与金纳米粒子合金化并使它们失活。幸运的是，加热到> 300°C可逆转合金化过程并恢复催化剂的活性。

“在催化领域工作的人总是对他们材料的'局部结构'感到好奇，”钟说。“由于Au-CuO / SBA-15催化剂在室温下具有活性，因此可以在我们最先进的设备中进行高级表征 - 尽管它需要极大的耐心并且需要多学科协作。”