亞利桑那州立大學的Scott Sayres和他的團隊最近發表了對不帶電的氧化鐵團簇的超快激光研究，最終可能會導致開發新型且廉價的工業催化劑。由于在恒星的發射光譜中觀察到氧化鐵，因此它也可能有助于更好地了解宇宙。

Sayres是ASU分子科學學院的助理教授，也是Biodesign Institute應用結構發現中心的教職員工。

大多數化學工業利用催化劑來提高反應速率和選擇性，以獲得所需的產物。例如，我們汽車尾氣中的催化轉化器通常使用鉑，鈀和銠來幫助分解污染物。

所有這三種金屬都比黃金貴得多，而黃金又比鐵貴得多。平均而言，催化轉化器的成本為1,000美元，但每輛車可能高達3,000美元。

塞雷斯說：“過渡金屬氧化物在化學工業中被廣泛用作多相催化劑。” “光催化過程是通過一系列復雜的反應進行的，但仍然缺乏對這些催化機理的基本理解。分子級團簇的氣相研究使我們能夠在不受干擾的環境中探索化學活性和機理。團簇的原子精度可以用來識別能夠進行化學轉化的優選吸附位，幾何形狀或氧化位。”

此處研究的FenOm團簇具有不同的組成：n和m有所不同，但小于16。Fe是鐵的化學符號，O是氧。

“這項研究不僅揭示了塊狀氧化鐵材料的穩定碎片，而且表明了原子組成的變化如何影響這些碎片的穩定性和反應性，”該論文的第一作者，研究生Jake Garcia說。

“通過解決原子精確的材料(例如氧化鐵)的激發態動力學，我們朝著更直接的方向邁進了一步，以創建更具針對性的分子催化劑，并了解星際介質中可能發生的反應。”

Garcia繼續說，他對在Sayres的實驗室中建造實驗儀器充滿了熱情，并且喜歡研究與行星和地球科學相關的材料。

Ryan Shaffer是在Sayres實驗室工作的一名本科生，是當前著作的第二作者。

檢測氧化鐵團簇

帶電團簇的實驗是很普遍的，因為可以用電動或磁力對其進行質量選擇，然后分別進行反應。由于其凈電荷，簇離子顯然比其凝聚相類似物和中性離子更具活性。

此處報道的中性團簇所做的工作要少得多，它們甚至更好地模擬了冷凝相的真實活性位及其表面化學性質。凈電荷會顯著影響簇的反應性，并且由于簇的尺寸由于電荷局部化而減小時，影響變得更加重要。

賽爾斯說：“激發后電子躍遷的時間框架對于理解反應動力學至關重要。團簇是原子的原子精確集合，其中單個原子的加或減可能會大大改變團簇的反應性。” “在這項工作中，我們應用超快泵浦探針光譜學研究了能量通過小的氧化鐵簇的移動速度。”

激光脈沖非常短：十分之一秒的十分之一。

Sayres得出結論，激發態壽命受到原子團組成原子精確變化的強烈影響。具體地說，金屬的氧化態越高，光激發能轉化成振動的速度就越快。他們發現，激發態壽命主要取決于尺寸和氧化態。

催化劑還廣泛用于在環境應用中將有害的副產物污染物降至最低。更高的反應速率可在較小的反應器和更簡單的結構材料的情況下，在較低的溫度下轉化為更高的產量。

當使用高度選擇性的催化劑時，實際上沒有大量不希望的副產物地產生了所需的產物。汽油，柴油，家用取暖油和航空燃料的性能歸功于用于提質原油的催化處理。

醫藥產品生產中的中間化學品都使用催化劑，食品工業每天都在生產食品。催化劑在開發新能源和各種緩解氣候變化和控制大氣中二氧化碳的方法中發揮著關鍵作用。