英国诺丁汉大学化学学院研究团队近日在《纳米尺度》(Nanoscale)期刊发表重要研究成果，通过高分辨率透射电子显微镜(TEM)首次完整记录了钯(Pd)纳米颗粒在液相环境中的动态生命周期。这项突破性研究不仅揭示了纳米颗粒从成核、生长到溶解的全过程，还为催化剂的优化设计和贵金属回收利用提供了新的理论基础。

研究团队利用先进的透射电子显微镜技术，在原子尺度上观察到了钯纳米颗粒的周期性变化过程。实验显示，钯纳米颗粒在溶液中会经历反复的生长-溶解循环，当颗粒尺寸达到约5纳米时就会发生溶解，随后又重新开始成核生长。这一发现挑战了传统认知中纳米颗粒稳定存在的观点。

项目负责人Jesum Alves Fernandes博士表示："我们的研究表明，钯纳米颗粒在催化过程中可能同时具备均相催化和非均相催化的特性。这种双重特性为开发更高效的催化剂系统提供了可能性，特别是在二氧化碳转化和氨合成等关键化学反应中。"

研究团队在实验中发现，当反应在碳纳米管限域空间内进行时，能够更清晰地观察到纳米颗粒的形态演变过程。碳纳米管作为"纳米试管"，不仅减缓了反应速度，还使研究人员得以捕捉到纳米颗粒从初始成核到最终溶解的完整演变轨迹。实验数据显示，约83%的钯纳米颗粒会经历完整的生命周期循环。

诺丁汉大学Andrei Khlobystov教授指出："这项研究最令人兴奋的发现是首次直接观察到纳米颗粒的动态平衡过程。通过精确控制电子束能量，我们成功捕捉到了钯纳米颗粒在溶液中的实时变化，这为理解纳米材料的本征性质提供了全新视角。"

研究还发现，电子显微镜的电子束在观测过程中会与反应体系发生相互作用。Will Carr博士解释道："电子束不仅用于成像，其能量还会引发溶剂分子的化学键断裂，进而影响钯离子的氧化还原平衡。这种相互作用反而为我们研究纳米颗粒的动态行为创造了独特条件。"

Rhys Lodge博士补充说："我们建立了一个理论模型来解释观察到的现象。在电子束激发下，溶液中同时存在两个竞争过程：钯离子还原为金属态和金属钯氧化为离子态。这两个过程的动态平衡导致了纳米颗粒的周期性变化。"

这项研究的意义不仅限于基础科学领域。研究人员指出，对钯纳米颗粒动态行为的深入理解，将有助于开发更高效的催化剂系统，提高贵金属的利用率，并为资源循环利用提供新思路。特别是在当前全球钯资源日益紧张的背景下，这项研究可能为贵金属回收技术带来突破。

更多信息： 纳米级化学振荡器：纳米级离子液体中钯纳米粒子的可逆形成( 2025)。期刊信息： 纳米尺度