亚利桑那州立大学的Scott Sayres和他的团队最近发表了对不带电的氧化铁团簇的超快激光研究，最终可能会导致开发新型且廉价的工业催化剂。由于在恒星的发射光谱中观察到氧化铁，因此它也可能有助于更好地了解宇宙。

Sayres是ASU分子科学学院的助理教授，也是Biodesign Institute应用结构发现中心的教职员工。

大多数化学工业利用催化剂来提高反应速率和选择性，以获得所需的产物。例如，我们汽车尾气中的催化转化器通常使用铂，钯和铑来帮助分解污染物。

所有这三种金属都比黄金贵得多，而黄金又比铁贵得多。平均而言，催化转化器的成本为1,000美元，但每辆车可能高达3,000美元。

塞雷斯说：“过渡金属氧化物在化学工业中被广泛用作多相催化剂。” “光催化过程是通过一系列复杂的反应进行的，但仍然缺乏对这些催化机理的基本理解。分子级团簇的气相研究使我们能够在不受干扰的环境中探索化学活性和机理。团簇的原子精度可以用来识别能够进行化学转化的优选吸附位，几何形状或氧化位。”

此处研究的FenOm团簇具有不同的组成：n和m有所不同，但小于16。Fe是铁的化学符号，O是氧。

“这项研究不仅揭示了块状氧化铁材料的稳定碎片，而且表明了原子组成的变化如何影响这些碎片的稳定性和反应性，”该论文的第一作者，研究生Jake Garcia说。

“通过解决原子精确的材料(例如氧化铁)的激发态动力学，我们朝着更直接的方向迈进了一步，以创建更具针对性的分子催化剂，并了解星际介质中可能发生的反应。”

Garcia继续说，他对在Sayres的实验室中建造实验仪器充满了热情，并且喜欢研究与行星和地球科学相关的材料。

Ryan Shaffer是在Sayres实验室工作的一名本科生，是当前著作的第二作者。

检测氧化铁团簇

带电团簇的实验是很普遍的，因为可以用电动或磁力对其进行质量选择，然后分别进行反应。由于其净电荷，簇离子显然比其凝聚相类似物和中性离子更具活性。

此处报道的中性团簇所做的工作要少得多，它们甚至更好地模拟了冷凝相的真实活性位及其表面化学性质。净电荷会显着影响簇的反应性，并且由于簇的尺寸由于电荷局部化而减小时，影响变得更加重要。

赛尔斯说：“激发后电子跃迁的时间框架对于理解反应动力学至关重要。团簇是原子的原子精确集合，其中单个原子的加或减可能会大大改变团簇的反应性。” “在这项工作中，我们应用超快泵浦探针光谱学研究了能量通过小的氧化铁簇的移动速度。”

激光脉冲非常短：十分之一秒的十分之一。

Sayres得出结论，激发态寿命受到原子团组成原子精确变化的强烈影响。具体地说，金属的氧化态越高，光激发能转化成振动的速度就越快。他们发现，激发态寿命主要取决于尺寸和氧化态。

催化剂还广泛用于在环境应用中将有害的副产物污染物降至最低。更高的反应速率可在较小的反应器和更简单的结构材料的情况下，在较低的温度下转化为更高的产量。

当使用高度选择性的催化剂时，实际上没有大量不希望的副产物地产生了所需的产物。汽油，柴油，家用取暖油和航空燃料的性能归功于用于提质原油的催化处理。

医药产品生产中的中间化学品都使用催化剂，食品工业每天都在生产食品。催化剂在开发新能源和各种缓解气候变化和控制大气中二氧化碳的方法中发挥着关键作用。