随着环境污染和能源危机的不断加重，污染气体的消除和再转化已经成为当前最迫切的问题之一。因此，为了缓解能源危机和降低环境污染，科研工作者们正在研究利用催化剂将有害气体转化为碳氢、氮氢等可利用的再生能源，而该转化反应最主要的难题之一便是高效催化剂的选择和合成。
针对此难点，目前比较新颖有效的合成方式就是表面微结构的调控，表面调控主要有两种方式：暴露表面调控和负载助催化剂；而不管哪一种方式，对于催化剂的微结构演变研究都显得尤为重要。
能源转化催化剂应用举例：
表面可控的纳米材料在催化领域的应用之所以成为主流是由于纳米材料能够为反应提供较大的比表面积、丰富的表面态并且容易控制形成特殊形貌。
氧化铁是最具潜力的光解水的催化剂之一，具有合适的带隙大小、在水环境中稳定、原料便宜且常见等优点，根据计算，氧化铁可以将16.8%的太阳能转化为氢能，对应于光解水过程中产生的平衡光电流密度高达12.6 mA•cm-2。
但氧化铁具有导带位置偏低、空穴在氧化铁表面氧化水的反应速度慢、光激发的电子和空穴非常容易复合等缺点，严重影响了氧化铁实际光解水的效率。
因此研究人员计划从提高光电流密度和降低起始电压两个方面来提高其性能。目前降低氧化铁光解水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等。
另一种高效的纳米结构催化剂是过渡金属二硫属化合物（如WSe2），该催化剂可设计出一种新型的太阳能电化学催化反应装置，能在低过电位下于离子液体中直接将CO2转化成合成气（CO和H2），生成一氧化碳（CO）的效率可达传统银纳米颗粒催化剂的1000倍，整个过程廉价且高效，稳定性好。另外，这种纳米结构催化剂除了效率远高于贵金属催化剂之外，成本也仅有其二十分之一左右。
催化剂微结构演变的表征
化学反应的90%以上都是通过催化剂实现的，在能源转化领域，催化剂扮演着重要角色。由于大部分催化反应都发生在催化剂的表面，因此催化剂微结构演变的研究就显得尤为重要，通常我们采用电子显微法对催化剂微结构进行研究表征。
电子显微法对于催化剂的活性位确定、纳米粒子尺寸分布、金属-载体之间相互作用、双金属纳米粒子结构、复杂氧化物和分子筛结构、纳米碳缺陷结构等，以及对原位动态纳米结构催化剂的研究起着重要作用。
同时，电子显微方法作为研究学者的“电子眼”，不但可以直观展示固体催化剂的形貌，而且在原子尺度提供了催化剂的精细结构、化学信息和电子信息，对新型催化剂的发现、反应过程中催化剂结构演变及结构与性能之间的关系等研究起了重要作用，另外还促进解析揭示反应机理，调控设计合成高效催化剂。因此，电子显微方法作为一种重要表征技术在催化化学发展中扮演着至关重要的角色。
总结：
关于大比表面积的特殊形貌催化剂的研究正成为新的热点，其最大阻碍是很难自发形成暴露高能表面。因此，在晶体生长和催化反应过程中需要对晶面适时进行调控，这就需要我们对晶体表面的微观结构、催化机理以及演变过程有更清晰地认识。在2017年10月16-17日召开的2017能源颗粒材料制备及测试技术研讨会上，中国科学院金属研究所研究员张炳森先生将与您分享《化学环境中能源转化催化剂的微结构演变研究》的报告，助您了解能源转化催化剂的微结构演变研究的最新进展。
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