随着环境污染和能源危机的加剧，污染气体的消除和回收已成为当前最迫切的问题之一。因此，为了缓解能源危机和减少环境污染，研究人员正在研究利用催化剂将有害气体转化为碳氢化合物、氮气和氢气等可再生能源，而这种转化反应中最重要的问题之一就是高效催化剂的选择和合成。
针对这一难点，目前新颖有效的合成方法是表面微观结构的调控。表面调节主要有两种方式:暴露表面调节和负载助催化剂；无论哪种方式，研究催化剂的微观结构演变都显得尤为重要。
能量转换催化剂的应用实例
表面控制纳米材料在催化领域的应用已经成为主流，因为纳米材料可以提供大的比表面积、丰富的表面态，并且易于控制形成特殊的反应形貌。
氧化铁是光解水最有潜力的催化剂之一。它具有合适的带隙、在水环境中稳定、原料廉价常见等优点。根据计算，氧化铁可以将16.8%的太阳能转化为氢能，对应的光解水时产生的平衡光电流密度高达12.6mA & bull厘米-2 .
但氧化铁存在导带位置低、氧化铁表面空空穴氧化水反应速度慢、光激发电子和空空穴容易复合等缺点，严重影响了氧化铁的实际光解效率。
因此，研究人员计划通过增加光电流密度和降低初始电压来提高其性能。目前降低氧化铁光解起始电压的方法主要有沉积表面钝化层、复合表面助催化剂和形成表面异质结构。
另一种高效纳米结构催化剂是过渡金属二硫化物(如WSe2)。该催化剂可以设计一种新型的太阳能电化学催化反应装置，在离子液体中低过电位下直接将CO2转化为合成气(CO和H2)。一氧化碳(CO)生成效率可以达到传统银纳米粒子催化剂的1000倍。整个过程廉价、高效、稳定。此外，这种纳米结构催化剂的效率远高于贵金属催化剂，而其成本仅为贵金属催化剂的二十分之一左右。
两种催化剂微观结构演变的表征
90%以上的化学反应都是通过催化剂来实现的，催化剂在能量转换领域发挥着重要作用。由于大部分催化反应发生在催化剂表面，因此研究催化剂的微观结构演变尤为重要。通常，我们使用电子显微镜来研究和表征催化剂的微观结构。
电子显微镜在确定活性位点、纳米颗粒尺寸分布、金属-载体相互作用、双金属纳米颗粒结构、复合氧化物和分子筛结构、纳米碳缺陷结构等方面发挥着重要作用。以及原位动态纳米结构催化剂。
同时，电子显微镜方法被认为是& ldquo电子眼& rdquo它不仅可以直观地显示固体催化剂的形貌，还可以提供催化剂在原子尺度上的精细结构、化学信息和电子信息，在发现新催化剂、反应过程中催化剂结构的演变以及结构与性能的关系等方面具有重要作用。此外，它还促进分析以揭示反应机理，并规范高效催化剂的设计和合成。因此，电子显微镜作为一种重要的表征技术，在催化化学的发展中起着至关重要的作用。
总结:
对具有大比表面积和特殊形貌的催化剂的研究正在成为新的热点，最大的障碍是难以自发形成暴露的高能表面。因此，在晶体生长和催化反应过程中，需要及时控制晶面，这就要求我们对晶面的微观结构、催化机理和演化过程有更清晰的认识。2017年10月16-17日，在2017年能源颗粒材料制备与测试技术研讨会上，中科院金属所张炳森研究员将与大家分享《化学环境下能源转换催化剂微结构演化》报告，帮助大家了解能源转换催化剂微结构演化的最新进展。
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