这篇Nature Catalysis是全自动实验，机器做出来的！

研究背景

固体催化剂是化学工业中的重要材料，以高效、有选择性的方式促进化学反应。这就是为什么80%的化学产品的生产过程中都涉及到催化作用。固体催化剂有许多不同的形状和大小，但它们的共同点是，它们通常是微米大小的、具有明确孔隙度的结构化颗粒。随着对固体催化剂的结构、组成和功能的了解的增加，我们知道这些复杂的、多组分的和分层的材料是不均一的。

颗粒间和颗粒内的异质性限制了块体表征方法的可用性，以及由于缺乏统计相关性而使单催化剂颗粒分析复杂化，使得深入分析催化剂材料变得困难。因此，应开发适当的技术，以高通量方式进行单催化剂颗粒筛选，以提供具有统计学相关性的深入信息。

荷兰乌得勒支大学Bert M. Weckhuysen教授课题组在Nature Catalysis上发表文章，High-throughput activity screening and sorting of single catalyst particles with a droplet microreactor using dielectrophoresis，在液滴微反应器中利用介电泳技术实现对单个流体催化裂化（FCC）颗粒活性的自动高通量筛选和分类。

作者开发了一种液滴微反应器，用于使用介电泳（DEP）对FCC颗粒进行高通量荧光激活催化剂分类。有了这个DEP平台，可以对FCC粒子根据活性分选。包裹在液滴中并用两个不同的荧光探针分子（4-甲氧基苯乙烯和4-氟苯乙烯）染色的颗粒可以以~23滴s^-1（0.25个颗粒s^-1）的高通量原位检测和分选。

通过应用DEP，以4-氟苯乙烯为探针，含有高活性催化剂颗粒的液滴可以被操纵到一个分类出口，从而形成一个仅包含最活性颗粒的收集库，而荧光信号低的活性较低的颗粒则不受操纵地流入非分类出口。同样，低至中度活性的催化剂颗粒也可以使用4-甲氧基苯乙烯作为探针进行分类。4-甲氧基苯乙烯染色颗粒的催化剂颗粒分拣率>92%，4-氟苯乙烯染色颗粒的催化剂颗粒分拣率为100%。

液滴进入默认进入非分类出口的设计大幅降低了假阳性结果的可能性；唯一的假阳性结果发生在液滴流量不稳定时，在稳定的操作条件下基本上消除了假阳性。

总共有10个催化剂颗粒被4-氟苯乙烯染色，并在分类收集容器中找到。用荧光显微镜对这10个催化剂颗粒进行非原位分析，证实了大多数的荧光颗粒确实被分选了，而µXRF光谱显示，与未分选的颗粒相比，这些颗粒含有较少的金属积累(即Ni和Fe)。

通过调整该分析平台的阈值，仅对显示最高荧光峰的颗粒进行排序，可以将沸石ZSM-5与沸石-Y区分开来，因为前者的酸性位点比后者更强，这意味着4-氟苯乙烯染色对沸石类型来说可能是选择性的。

此外，有了这个基于荧光激活催化剂分拣DEP的微流体平台，在未来的研究中，将有可能对其他催化剂进行分类和研究。筛选新合成的催化剂颗粒现在可以提供有关合成参数的宝贵信息。

图文详情

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图1. FCC过程、分选原理及微反应器设计

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图2. 4-氟苯乙烯和4-甲氧苯乙烯染色FCC颗粒的操作窗口和分选阈值

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图3. 分选后的4-氟苯乙烯染色FCC颗粒分析

原文链接

Nieuwelink, AE., Vollenbroek, J.C., Tiggelaar, R.M. et al. High-throughput activity screening and sorting of single catalyst particles with a droplet microreactor using dielectrophoresis. Nat Catal (2021).

https://doi.org/10.1038/s41929-021-00718-7

原创文章，作者：Gloria，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/16/dbcb0de696/

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