光催化
了解纳米材料如何催化化学反应对于开发用于各种能源和环境技术的高效催化材料非常重要。这些纳米尺寸的材料通常暴露不同的表面位点，对反应物的周转具有不同的反应性。因此，表面活性位点或位点特异性反应性的识别和表征近年来引起了广泛关注。然而，纳米级催化剂通常会对反应环境或刺激产生动态响应，因为反应环境的变化会影响暴露表面位点的自由能。因此，表面结构、组成和反应性与反应条件有关，因此在催化过程中原位识别活性位点及其性质极为重要。尽管有许多原位和操作技术可用，但在真实反应环境和原子级刺激下获得纳米材料活性位点的结构和组成仍然是一个挑战。
多相催化剂广泛应用于能源、环境和化工等领域。活性位点的研究是相关研究的重点之一。基于对活性位点的精确分子理解，可以通过强大的结构-反应性方法来提高这些复杂催化剂体系的选择性和活性。在催化剂的这些变化中，活性位点的迁移、团聚和重构也相应发生了变化，这给活性位点的表征带来了障碍。
光催化析氢过程观察活性位点原位生成过程
在该研究中，作者首次通过自制的原位TEM 支架和液体池实现了对不稳定 Cu2O 催化剂上光催化反应的直接 TEM 观察。 捕获了光诱导制氢过程中 Cu2O 催化剂的原位结构变化。 证明Cu2O立方体的表层自还原为纳米Cu。 进一步定量分析表明，Cu2O自还原程度与光催化产氢速率高度匹配。 本工作首次通过原位 TEM 鉴定和研究了纳米催化剂上活性位点在光催化制氢过程中原位形成的作用，为进一步了解催化剂的催化机理提供了新的方法。
HRTEM images of Cu2O samples with different irradiated time: (a) 1 h, (b) 2 h, (c) 3 h, and schematic diagrams of (d) Cu2O structure change under irradiation
Modified TEM holder with an optical fiber through it: (a, c) schematic diagrams, (b) real photo, and liquid cell chip: (d) schemat- ic diagram, (e) real photo
Real time imaging of photocatalytic active site formation during H2 evolution by in-situ TEM Applied Catalysis B-Environmental 2021, 284, 119743.
通过原位 TEM 可视化基于 Au 簇的光催化剂的光诱导动态结构转变
超小金（Au）簇因其独特的强类分子光吸收特性而被认为是太阳能转换的原型材料之一。然而，光诱导的金簇聚集成纳米颗粒是限制其在光催化中应用的最重要因素之一。尽管Au簇聚集已被广泛证明，但由于缺乏实验证据，簇融合的潜在机制仍不清楚。在此，我们报告了当用作用于还原硝基芳烃的可见光光催化剂时，在 TiO2 纳米片上聚集的 Au 簇的直接观察。通过原位高分辨率透射电子显微镜（TEM），确定了在空气中的紫外可见（UV-Vis）光照射下Au簇在TiO2上的两种融合机制共存，即迁移和聚结（MC）和奥斯特瓦尔德成熟 (OR)。此外，还研究了金簇的光稳定性与反应气氛之间的相关性，其中金簇在惰性 N2 气氛或真空中比氧化气氛（即空气和 O2）具有更高的稳定性。这些结果表明Au簇在光催化过程中固有的稳定性，而不稳定性来自于配体层的消耗。这项工作不仅揭示了金簇烧结的潜在机制，而且为提高金属簇基光催化剂的稳定性提供了指导。
图一
图二
（图一、图二）在空气中环境条件下，UV-Vis 光照射前后的原位STEM 图像显示了TBA 复合材料中金簇的烧结行为以及在光照下观察到的金簇烧结机制的示意图。
Visualizing light-induced dynamic structural transformations of Au clusters-based photocatalyst via in situ TEM[J].
Nano Research, 2021, 14(8): 2805-2809.
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