催化剂（通常是金属纳米颗粒）参与了超过80％的塑料，燃料和药品等商业产品的生产。计算方法有助于设计纳米颗粒催化剂，该催化剂由具有高反应活性和选择性的金属混合物（称为合金纳米颗粒）组成。但是，尚不存在在实验室中生产具有任意组成的合金纳米颗粒的情况。实际上，合金化纳米颗粒合成的基本化学原理仍然是一个谜。

为此，由化学和生物分子工程学系（ChBE）助理教授泰勒·伍尔（Taylor Woehl）领导的马里兰大学（UMD）研究小组采用了一种新方法-原位液相透射电子显微镜（LP- TEM）合成-可以更仔细地研究控制湿化学合成过程中金属如何混入合金化纳米颗粒的分子和纳米级过程。ChBE博士王梅 学生，该研究的第一作者，发表在ACS Nano上。

Wang说：“我们观察到了由金和铜制成的纳米颗粒的形成，这是将CO 2转化为有价值的有机分子的有前途的催化剂，”王说。“通过这种方法，纳米粒子的合成是通过用高能电子辐照液体前体来模拟湿化学条件而实现的。我们发现电子合成条件与湿化学合成非常相似，考虑到辐射剂量会影响样品，这令人惊讶接收的能量是商用核反应堆的很多倍。”

通过发现这些条件，作者确保了他们在LP-TEM上看到的东西可以代表台式化学合成过程中发生的情况。反应模拟表明，溶液中的有机配体通常用于控制纳米颗粒的大小和稳定性，可以保护反应溶液免受高能电子的破坏。

该研究的关键发现是有机配体的存在对于将金和铜结合到充分混合的合金纳米颗粒中至关重要。

“我们发现，该配体通过与金和铜共价键合形成复合离子，从而使合金形成成为可能。” 原子分辨率成像和质谱分析表明，复合离子在合成反应中转化为中间物种，称为预成核簇。我们发现这些簇分别由几个金和铜原子组成，对于形成合金至关重要。”

然后将中间物种组装在一起，组成相似的纳米晶体。这种纳米晶体的形成途径不同于单个原子聚集成纳米颗粒的经典图像。

作者发现，有机配体在促进包含金和铜原子的预核簇的形成方面起着重要的辅助作用。这些发现表明，控制金属簇中间体是合成合金纳米颗粒催化剂的关键。