Jake Garcia 正在實驗室開展研究工作
美國亞利桑那州立大學（ASU）的Scott Sayres及其團隊在最近發表了一項關於超快雷射的研究，針對的是不帶電氧化鐵團簇，這最終可以導致發展出新的和比較廉價的工業用催化劑。這同時還會對更好的理解宇宙比較有幫助，這是因為在星球的發射光譜中也觀察到氧化鐵的存在。
Sayres是ASU大學分子科學學院的助理教授和應用結構發現的生物設計中心研究所的成員。
超快雷射作為催化劑 的示意圖
大多數的化學工業中使用催化劑來提高化學反應的速率和選擇性的獲得理想的製品。例如，催化劑在我們的交通工具中常用的鉑，鈀和銠來幫助分解汙染物的時候，要使用完畢的時候催化劑可以進行轉換。
以上提到的三種金屬：鉑，鈀和銠均屬於顯著的比金子還要貴重的金屬，這就導致了花費比鐵要多得多。平均來說，一個起催化作用的轉換器花費$1,000 的話，但實際上要每個工具花費至少$3,000以上。
在化學工業中，過度金屬氧化物廣泛的作為多相催化劑而得到應用，Sayres說到，光觸媒作用過程包括通過一系列的複雜的化學反應來完成的，並且對這些催化反應的機理的基本的理解目前仍然存在非常缺乏的問題。在分子尺度簇層面的氣相研究可以允許我們探測化學反應的活動和穩定狀態下的機理的研究。原子簇中原子的精度可以用來識別首選的吸附位置點，形狀和氧化的位置以促進化學的轉化。
正在研究的FenOm簇物質具有不同的化學成分， n 和m可以變換，但都小於16。Fe是鐵的化學符號，O是氧的化學符號。
這一研究不僅揭示了塊體Fe-O化學物材料的穩定碎片，同時還表明了原子層面的成分是如何變化的並會影響這些碎片的穩定性和反應程度。 Jake Garcia說到，他是該論文的第一作者和研究生。
通過解決原子精確材料，諸如鐵的氧化物的激發態的動力學問題，我們可以將一個步驟來實現創造出更多的直接的分子層面的催化劑和理解星際介質中可能發生的反應。
Garcia則持續的比較有激情來開展這一工作並在Sayres實驗室構建一個實驗設備，同時熱愛研究同行星與地球科學相關的材料方面的研究。
Ryan Shaffer是在Sayres實驗室的一名從事該研究的碩士研究生，是該論文的第二作者。
探測鐵氧化物簇
帶電團簇的實驗是非常常見的，這是因為他們可以通過電力或者磁力來進行質量的選擇和隨後的單個的反應。離子簇由於他們的淨電荷的原因而比凝聚態相類似物和中間態要非常容易的發生反應。
針對中性簇的工作很少有相關報導，這甚至會更好的模仿凝固態相的真實的活性反應區和他們的表面化學。其淨電荷顯著的影響簇的反應活性，並且該影響在簇的尺寸由於電荷的局部化造成的下降時而變得非常重要。
電子躍遷的時間框架遵循的激發對理解反應動力學問題的理解是非常感興趣的話題。簇屬於原子精確的收集原子的過程，此時單個原子額外的增加或減少會顯著的降低簇的反應活性，Sayres說到，在這一工作中我們應用超快泵浦探針光譜學來研究當能量移動而穿過小的Fe的氧化物簇時的速度。
Sayres得出的結論是激發態的生命周期強烈的受到精確原子變化成簇的成分的影響。尤其是，高的金屬的氧化態，光激發能的快速度可以轉化為振動。他們發現激發態的生命周期嚴重的依賴於尺寸和氧化的狀態。
催化劑廣泛的用來減少有害的副產品對環境的影響。提高反應速率，轉換成較高的成品且在較低的溫度和使用較少的反應物質和簡單的材料來實現反應是一直追求的目標。
當採用較高選擇性的催化劑的時候，理想產品的大體積生成可以在事實上實現無副產品的生成。汽油，柴油，家用加熱油和航空燃料由於其高性能高品質，從而對催化過程要求比較高，從原油進行提煉出來。
使用催化劑在製造藥物的時候產生的化學中間體，如同食品工業中的進行催化生產食用產品一樣。催化劑在發展新型能源和氣候變化以及控制大氣中的CO2的排放等方面均具有重要的作用。
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More information:Jacob M. Garcia et al. Ultrafast pump–probe spectroscopy of neutral FenOm clusters (n, m < 16), Physical Chemistry Chemical Physics (2020). DOI: 10.1039/D0CP03889J以及亞利桑那州立大學（Arizona State University）。