瑞典查尔默斯理工大学的研究人员使用新型的纳米反应器，成功地绘制了单个金属纳米颗粒的催化反应图。他们的工作可以帮助改善化学工艺，并带来更好的催化剂和更环保的化学技术。研究结果发表在《自然通讯》杂志上。

催化剂提高化学反应速率。它们在许多重要的工业过程中发挥着至关重要的作用，从制造燃料到药物，再到帮助限制有害的车辆排放。它们也是燃料电池等新型可持续技术的重要组成部分，燃料电池通过氧气和氢气之间的反应产生电能。催化剂还可以通过例如清洁有毒化学物质的水来分解环境毒素。

为了为将来设计更有效的催化剂，需要基础知识，例如了解单个活性催化颗粒水平的催化作用。

为了直观地了解当今了解催化反应的问题，请想象一下一场足球比赛中的一群人，许多观众在场上点燃火炬。烟雾在人群中迅速蔓延，一旦形成烟雾云，几乎不可能说出谁真正点燃了火把，或者每个人燃烧的强度如何。催化中的化学反应以类似的方式发生。涉及数以百万计的单个粒子，目前很难跟踪和确定每个特定粒子的作用-它们的有效性，每个粒子对反应的贡献。

为了更好地理解催化过程，有必要在单个纳米颗粒的水平上进行研究。新的纳米反应器使Chalmers研究人员可以做到这一点。该反应器由约50个平行装满液体的玻璃纳米隧道组成。研究人员在每个隧道中放置了一个金纳米粒子。尽管它们的大小相似，但每个纳米颗粒具有不同的催化质量-一些非常有效，而另一些则肯定不是最优的。为了能够辨别尺寸和纳米结构如何影响催化作用，研究人员分别测量了颗粒上的催化作用。

“我们将两种类型的分子发送到纳米隧道中，它们相互反应。一种分子类型是荧光的，并且会发光。只有在纳米颗粒表面上遇到第二种类型的伴侣时，这种光才会熄灭，而另一种化学物质则是分子之间发生反应。观察到纳米隧道下游“纳米隧道末端的光”的消失，我们可以追踪和测量每个纳米粒子催化化学反应的效率。”博士生Sune Levin说查尔默斯理工大学生物与生物技术系教授，科学文章的主要作者。

他在Fredrik Westerlund教授和Christoph Langhammer教授的指导下进行了实验。新型纳米反应器是查默斯多个部门的研究人员广泛合作的结果。

“有效的催化作用对于化学物质的合成和分解都是必不可少的。例如，催化剂对于以最佳方式制造塑料，药物和燃料以及有效分解环境毒素是必不可少的，”该系教授弗雷德里克·韦斯特伦德(Fredrik Westerlund)说道。查默斯的生物与生物技术。

开发更好的催化剂材料对于可持续的未来是必不可少的，并且将取得巨大的社会和经济收益。