Ein Partikel bezieht sich auf die kleinste unabhängige und diskrete Einheit, die durch die Keimbildung und das Wachstum von Substanzen in einem bestimmten Reaktionssystem (wie Verbrennung, Fällung, Gasphasensynthese usw.) mit regelmäßigen oder unregelmäßigen geometrischen Formen entsteht. Es kann als das grundlegendste Individuum verstanden werden, das im Prozess der materiellen Bildung „angeboren“ ist.
Hydroxylgruppen (-OH) können auf der Oberfläche von Metalloxiden Säure oder Alkalität in Form der Aufnahme oder Bereitstellung von Protonen aufweisen. Durch die Anpassung der Menge und Verteilung der Hydroxylgruppen kann eine präzise Kontrolle des Säuregehalts und der Alkalität der Oberfläche erreicht werden, wodurch der Aktivierungsweg und die Selektivität katalytischer Reaktionen beeinflusst werden.
An ungesättigten Metallstellen von Metalloxiden oder Halbleiteroxiden (wie Ti4+, Fe3+) adsorbieren Wassermoleküle zunächst in molekularer Form, gefolgt von der Spaltung der O-H-Bindung, was zu Brücken- oder terminalen Hydroxylgruppen (M-OH) und Oberflächenwasserstoffatomen führt. Die thermodynamische Triebkraft dieses Prozesses beruht auf der starken Lewis-Acidität der Metallionen, die die Dissoziation von Wassermolekülen erleichtert. Sowohl Experimente als auch DFT-Berechnungen deuten darauf hin, dass mit niedrigem Sauerstoffgehalt bedeckte Oberflächen zur Dissoziation und Adsorption neigen, während mit hohem Sauerstoffgehalt bedeckte Oberflächen zur Adsorption von Molekülen neigen.
Unter Surface Hydroxyl Engineering versteht man die gezielte Regulierung der Anzahl, Verteilung und chemischen Aktivität von Hydroxyl (-OH)-Gruppen auf der Oberfläche von Materialien durch physikalische, chemische oder plasmonische Mittel, um eine präzise Einstellung der Oberflächeneigenschaften zu erreichen. Hydroxylgruppen sind die häufigsten polaren funktionellen Gruppen, die Wasserstoffbrückenbindungen, Koordinationsbindungen oder kovalente Bindungen mit Wasser, Metallionen, Polymerketten oder Biomolekülen bilden können und so die Hydrophilie, Oberflächenenergie, Adsorptions-/katalytische Aktivität und Biokompatibilität von Materialien erheblich verändern.
Infrarotspektroskopie: Es wird untersucht, wie viel Licht verbraucht wurde. Wenn ein Molekül Licht einer bestimmten Wellenlänge absorbiert, wissen wir, welche funktionellen Gruppen sich darin befinden. Raman-Spektroskopie: Dabei wird untersucht, wie viel Licht abgelenkt wurde. Mithilfe eines Laserstrahls wird analysiert, wie stark sich das zurückgeworfene Licht verändert hat, um die Molekülstruktur zu bestimmen.
Die grundlegenden Charakterisierungstechniken von Katalysatoren sind leistungsstarke Werkzeuge, um ein tieferes Verständnis ihrer physikalischen, chemischen und strukturellen Eigenschaften zu erlangen. Durch eine umfassende Anwendung kann der Mechanismus der katalytischen Reaktion aufgedeckt werden und eine theoretische Grundlage für das Design und die Entwicklung von Hochleistungskatalysatoren bereitgestellt werden. Mit der Weiterentwicklung der Technologie wird diese Technologie immer weiter innoviert und entwickelt sich hin zu höherer Auflösung, genauerer Quantifizierung und besserer Simulation realer Reaktionsbedingungen.
