ऑपरेटिंग स्पेक्ट्रोस्कोपी

ऑपरेंडो स्पेक्ट्रम विज्ञान एक विश्लेषणात्मक पद्धति है जिसमें प्रतिक्रिया से गुजरने वाली सामग्रियों की स्पेक्ट्रम विज्ञान लक्षण को उत्प्रेरण गतिविधि और चयनात्मकता के माप के साथ 'एक साथ' जोड़ा जाता है। इस पद्धति की प्राथमिक अभिरुचि उत्प्रेरकों की संरचना-प्रतिक्रियाशीलता/चयनात्मकता संबंध स्थापित करना है और इस प्रकार प्रतिक्रिया तंत्र के बारे में जानकारी प्राप्त करना है। अन्य उपयोगों में सम्मलित उत्प्रेरक सामग्री और प्रक्रियाओं में इंजीनियरिंग सुधार और नए विकास में सम्मिलित हैं।

संक्षिप्त विवरण और शर्तें
कार्बधात्विक उत्प्रेरण के संदर्भ में, एक स्वस्थाने रसायन विज्ञान और रासायनिक इंजीनियरिंग प्रतिक्रिया में उत्प्रेरक की कार्यक्षमता में अंतर्दृष्टि प्राप्त करने में सहायता प्रदान करने के लिए मास स्पेक्ट्रम विज्ञान, एनएमआर, अवरक्त स्पेक्ट्रम विज्ञान और गैस वर्णलेखन जैसी तकनीकों का उपयोग करके उत्प्रेरक प्रक्रिया का वास्तविक समय माप सम्मिलित है।.

लगभग 90% औद्योगिक पूर्ववर्ती रसायनों को उत्प्रेरक का उपयोग करके संश्लेषित किया जाता है। इष्टतम दक्षता और अधिकतम उत्पाद उपज के साथ उत्प्रेरक बनाने के लिए उत्प्रेरक तंत्र और सक्रिय साइट को समझना महत्वपूर्ण है।

स्वस्थानी अध्ययन परमाणु भट्टी सेल डिज़ाइन में सामान्यतः वास्तविक उत्प्रेरक प्रतिक्रिया अध्ययन के लिए आवश्यक दबाव और तापमान स्थिरता में असमर्थ होते हैं, जिससे ये कोशिकाएं अपर्याप्त हो जाती हैं। कई स्पेक्ट्रोस्कोपिक तकनीकों में तरल हीलियम तापमान की आवश्यकता होती है, जिससे वे उत्प्रेरक प्रक्रियाओं के वास्तविक दुनिया के अध्ययन के लिए अनुपयुक्त हो जाते हैं। इसलिए, ऑपरेंडो अभिक्रिया विधि में स्वस्थानी अध्ययन स्पेक्ट्रोस्कोपिक माप तकनीकों में सम्मिलित होना चाहिए, लेकिन वास्तविक उत्प्रेरक गतिज स्थितियों के अनुसार सम्मिलित होना चाहिए।

ऑपरेंडो (काम करने के लिए लैटिन) स्पेक्ट्रम विज्ञान एक कार्यशील उत्प्रेरक के निरंतर स्पेक्ट्रा संग्रह को संदर्भित करता है, जिससे उत्प्रेरक की संरचना और गतिविधि/चयनात्मकता दोनों के एक साथ मूल्यांकन की अनुमति मिलती है।

इतिहास
ऑपरेंडो शब्द पहली बार 2002 में उत्प्रेरक साहित्य में दिखाई दिया। यह मिगुएल ए बनारेस द्वारा निर्मित किया गया था, जिन्होंने कार्यप्रणाली को इस तरह से नाम देने की मांग की, जिसने एक कार्यात्मक सामग्री को देखने के विचार पर कब्जा कर लिया - इस सन्दर्भ में एक उत्प्रेरक - वास्तविक कार्य, अर्थात उपकरण संचालन, स्थितियों के अनुसार । ऑपरेंडो स्पेक्ट्रम विज्ञान पर पहला अंतर्राष्ट्रीय कांग्रेस मार्च 2003 में लुंटरेन, नीदरलैंड्स में हुआ था। इसके बाद 2006 में और सम्मेलन हुए (टोलेडो, स्पेन), 2009 (रोस्टॉक, जर्मनी), 2012 (ब्रुकवेन, यूएसए), और 2015 (ड्यूविल, फ्रांस)। काम की परिस्थितियों में उत्प्रेरकों की स्पेक्ट्रम विज्ञान के अनुसंधान क्षेत्र के लिए इन स्वस्थानी अध्ययन से ऑपरैंडो में नाम परिवर्तन का प्रस्ताव लुंटरेन कांग्रेस में किया गया था।

एक सामग्री की संरचना, संपत्ति और कार्य को मापने का विश्लेषणात्मक सिद्धांत, एक घटक अलग हो गया है या एक उपकरण के हिस्से के रूप में एक साथ संचालन की स्थिति में उत्प्रेरण और उत्प्रेरक तक सीमित नहीं है। बैटरी और ईंधन सेल उनके विद्युत रासायनिक कार्य के संबंध में ऑपरेंडो अध्ययन के अंतर्गत हैं।

कार्यप्रणाली
ऑपरेंडो स्पेक्ट्रम विज्ञान एफटीआईआर या एनएमआर जैसी विशिष्ट स्पेक्ट्रोस्कोपिक तकनीक के अतिरिक्त कार्यप्रणाली का एक वर्ग है। ऑपरेंडो स्पेक्ट्रोस्कोपी स्वस्थानी अध्ययन में एक तार्किक तकनीकी प्रगति है। उत्प्रेरक वैज्ञानिक आदर्श रूप से प्रत्येक उत्प्रेरक चक्र की एक गति चित्र रखना पसंद करेंगे, जिससे सक्रिय स्थल पर होने वाली सटीक बंधन-निर्माण या बंधन-विच्छेद की घटनाओं का पता चल सके; यह तंत्र के एक दृश्य मॉडल के निर्माण की अनुमति देगा। अंतिम लक्ष्य एक ही प्रतिक्रिया के प्रतिस्थापित-उत्प्रेरक प्रजातियों के संरचना-गतिविधि संबंध को निर्धारित करना है। दो प्रयोग होने से - एक प्रतिक्रिया का प्रदर्शन और प्रतिक्रिया मिश्रण का वास्तविक समय वर्णक्रमीय अधिग्रहण - एक ही प्रतिक्रिया पर उत्प्रेरक और मध्यवर्ती की संरचनाओं और उत्प्रेरक गतिविधि / चयनात्मकता के बीच एक सीधा लिंक की सुविधा प्रदान करता है। हालांकि स्वस्थानी अध्ययन में एक उत्प्रेरक प्रक्रिया की निगरानी उत्प्रेरक कार्य के लिए प्रासंगिक जानकारी प्रदान कर सकती है, स्वस्थानी अध्ययन परमाणु भट्टी कोशिकाओं की वर्तमान भौतिक सीमाओं के कारण एक पूर्ण सहसंबंध स्थापित करना मुश्किल है इसमें जटिलताएं उत्पन्न होती हैं, उदाहरण के लिए, गैस चरण प्रतिक्रियाओं के लिए जिसके लिए बड़ी शून्य मात्रा की आवश्यकता होती है, जिससे कोशिका के अंतर्गत गर्मी और द्रव्यमान को समरूप बनाना मुश्किल हो जाता है। इसलिए, एक सफल ऑपरेंडो कार्यप्रणाली की जड़, प्रयोगशाला सेटअप और औद्योगिक सेटअप के बीच असमानता से संबंधित है, अर्थात, उत्प्रेरक प्रणाली को ठीक से अनुकरण करने की सीमाएं असमानता से संबंधित है, क्योंकि यह उद्योग में आगे बढ़ती है।

ऑपरेंडो स्पेक्ट्रम विज्ञान का उद्देश्य समय-समाधान (और कभी-कभी स्थानिक रूप से हल) स्पेक्ट्रम विज्ञान का उपयोग करके संचालन के समय परमाणु भट्टी के अंतर्गत होने वाले उत्प्रेरक परिवर्तनों को मापना है। समय-समाधान स्पेक्ट्रम विज्ञान सैद्धांतिक रूप से उत्प्रेरक के सक्रिय स्थल पर मध्यवर्ती प्रजातियों के गठन और गायब होने की निगरानी करता है क्योंकि बांड वास्तविक समय में बनते और टूटते हैं। ऑपरेंडो स्पेक्ट्रम विज्ञान एफटीआईआर या एनएमआर जैसी विशिष्ट स्पेक्ट्रोस्कोपिक तकनीक के अतिरिक्त कार्यप्रणाली का एक वर्ग है। हालांकि, वर्तमान ऑपरेंडो उपकरण अधिकांशतः केवल दूसरे या उपसेकंड समय के पैमाने पर काम करता है और इसलिए, केवल मध्यवर्ती के सापेक्ष सांद्रता का आकलन किया जा सकता है। स्थानिक रूप से हल की गई स्पेक्ट्रम विज्ञान अध्ययन किए गए उत्प्रेरक और प्रतिक्रिया में सम्मलित दर्शक प्रजातियों की सक्रिय साइटों को निर्धारित करने के लिए सूक्ष्मदर्शिकी के साथ स्पेक्ट्रम विज्ञान को जोड़ती है।

सेल डिजाइन
ऑपरेंडो स्पेक्ट्रम विज्ञान को (आदर्श रूप से) वास्तविक कामकाजी परिस्थितियों के अनुसार उत्प्रेरक के माप की आवश्यकता होती है, जिसमें औद्योगिक रूप से उत्प्रेरित प्रतिक्रियाओं के तुलनीय तापमान और दबाव वातावरण सम्मिलित होते हैं, लेकिन प्रतिक्रिया पोत में एक स्पेक्ट्रोस्कोपिक उपकरण लगाया जाता है। वर्तमान में प्रतिक्रिया मापदंडों और सेल डिज़ाइन के कारण इस तकनीक की कई जटिलताएँ उत्पन्न होती हैं। प्रतिक्रिया के मापदंडों को उचित उपकरण अर्थात ऑनलाइन मास स्पेक्ट्रम विज्ञान, गैस क्रोमैटोग्राफी या आईआर/एनएमआर स्पेक्ट्रम विज्ञान का उपयोग करके प्रतिक्रिया के समय लगातार मापा जाता है। ऑपरेंडो उपकरण (इन स्वस्थानी अध्ययन सेल) को आदर्श रूप से इष्टतम प्रतिक्रिया स्थितियों के अनुसार स्पेक्ट्रोस्कोपिक माप की अनुमति देनी चाहिए। अधिकांश औद्योगिक उत्प्रेरण प्रतिक्रियाओं के लिए अत्यधिक दबाव और तापमान की स्थिति की आवश्यकता होती है जो बाद में संकेतों के रिज़ॉल्यूशन को कम करके स्पेक्ट्रा की गुणवत्ता को कम कर देता है। अन्य उपयोगों में सम्मलित उत्प्रेरक सामग्री और प्रक्रियाओं में इंजीनियरिंग सुधार और नए विकास में सम्मिलित हैं।वर्तमान में प्रतिक्रिया मापदंडों और सेल डिज़ाइन के कारण इस तकनीक की कई जटिलताएँ उत्पन्न होती हैं। उत्प्रेरक संक्रिया तंत्र के घटकों के साथ अन्योन्य क्रिया कर सकता है; सेल में खुली जगह अवशोषण स्पेक्ट्रा पर असर डाल सकती है, और प्रतिक्रिया में दर्शक प्रजातियों की उपस्थिति स्पेक्ट्रा के विश्लेषण को जटिल बना सकती है। ऑपरेंडो प्रतिक्रिया -सेल डिज़ाइन का निरंतर विकास इष्टतम उत्प्रेरण स्थितियों और स्पेक्ट्रम विज्ञान के बीच समझौता करने की आवश्यकता को कम करने की दिशा में काम कर रहा है। स्पेक्ट्रम विज्ञान के लिए पहुंच प्रदान करते समय इन रिएक्टरों को विशिष्ट तापमान और दबाव आवश्यकताओं को संभालना चाहिए।

ऑपरेंडो प्रयोगों को डिजाइन करते समय विचार की जाने वाली अन्य आवश्यकताओं में अभिकर्मक और उत्पाद प्रवाह दर, उत्प्रेरक स्थिति, बीम पथ और विंडो स्थिति और आकार सम्मिलित हैं। ऑपरेंडो प्रयोगों को डिजाइन करते समय इन सभी कारकों को भी ध्यान में रखा जाना चाहिए, क्योंकि उपयोग की जाने वाली स्पेक्ट्रोस्कोपिक तकनीकें प्रतिक्रिया की स्थिति को बदल सकती हैं। इसका एक उदाहरण टिननेमैन्स एट अल द्वारा रिपोर्ट किया गया था, जिसमें कहा गया था कि रमन लेजर द्वारा स्थानीय हीटिंग 100 डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान दे सकता है। इसके अतिरिक्त, म्युनियर रिपोर्ट करता है कि DRIFTS का उपयोग करते समय, विश्लेषण के लिए आवश्यक क्रूसिबल कोर और उत्प्रेरक की अनावरित सतह के बीच एक ध्यान देने योग्य तापमान अंतर (सैकड़ों डिग्री के क्रम में) IR-पारदर्शी खिड़कियों के कारण होने वाले नुकसान के कारण होता है।

रमन स्पेक्ट्रम विज्ञान
रमन स्पेक्ट्रम विज्ञान एक विषम संचालन प्रयोग में एकीकृत करने के लिए सबसे आसान तरीकों में से एक है, क्योंकि ये प्रतिक्रियाएं सामान्यतः गैस चरण में होती हैं, इसलिए बहुत कम कूड़े का हस्तक्षेप होता है और उत्प्रेरक सतह पर प्रजातियों के लिए अच्छा डेटा प्राप्त किया जा सकता है। रमन का उपयोग करने के लिए, उत्तेजना और पता लगाने के लिए दो प्रकाश संबंधी फाइबर युक्त एक छोटी सी प्रोब लगाने की आवश्यकता होती है। जांच की प्रकृति के कारण दबाव और गर्मी की जटिलताएं अनिवार्य रूप से नगण्य हैं। ऑपरेंडो कॉन्फोकल रमन माइक्रो- स्पेक्ट्रम विज्ञान को ईंधन सेल उत्प्रेरक परतों के प्रवाहित प्रतिक्रियाशील धाराओं और नियंत्रित तापमान के अध्ययन के लिए लागू किया गया है।

यूवी-विज़ स्पेक्ट्रम विज्ञान
ऑपरेंडो यूवी-विज़ स्पेक्ट्रम विज्ञान कई सजातीय उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं के लिए विशेष रूप से उपयोगी है क्योंकि ऑर्गोनोमेटिक प्रजातियां अधिकांशतः रंगीन होती हैं। लेख दिनांकित शब्द इन-स्वस्थानी अध्ययन का उपयोग करता है, लेकिन प्रयोग, संक्षेप में, एक ऑपरेंडो विधि का उपयोग करता है। फाइबर- प्रकाश संबंधी संवेदक अवशोषण स्पेक्ट्रा के माध्यम से समाधान के अंतर्गत अभिकारकों की खपत और उत्पाद के उत्पादन की निगरानी की अनुमति देते हैं। गैस की खपत के साथ-साथ पीएच और विद्युत चालकता को भी एक ऑपरेंडो उपकरण के अंतर्गत  तंतु प्रकाशिकी संवेदक का उपयोग करके मापा जा सकता है।

आईआर स्पेक्ट्रम विज्ञान
एक सन्दर्भ के अध्ययनमें फूरियर-ट्रांसफॉर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके La2O3 पर भाप की उपस्थिति में CCl4 के अपघटन में गैसीय मध्यवर्ती के गठन की जांच की गई। इस प्रयोग से प्रतिक्रिया तंत्र, सक्रिय साइट अभिविन्यास और कौन सी प्रजाति सक्रिय साइट के लिए प्रतिस्पर्धा करती है, के बारे में उपयोगी जानकारी प्राप्त हुई ।

एक्स-रे विवर्तन
बीले एट अल द्वारा एक केस स्टडी। एक अनाकार पूर्ववर्ती जेल से लौह फॉस्फेट और बिस्मथ मोलिब्डेट उत्प्रेरक की तैयारी सम्मिलित है। अध्ययन में पाया गया कि प्रतिक्रिया में कोई मध्यवर्ती चरण नहीं थे, और गतिज और संरचनात्मक जानकारी को निर्धारित करने में सहायता प्रदान मिली। लेख दिनांकित शब्द इन-स्वस्थानी अध्ययन का उपयोग करता है, लेकिन प्रयोग, संक्षेप में, एक ऑपरेंडो विधि का उपयोग करता है। हालांकि एक्स-रे विवर्तन को स्पेक्ट्रम विज्ञान विधि के रूप में नहीं गिना जाता है, लेकिन इसे अधिकांशतः उत्प्रेरण सहित विभिन्न क्षेत्रों में एक ऑपरैंडो विधि के रूप में उपयोग किया जाता है।

एक्स-रे स्पेक्ट्रम विज्ञान
एक्स-रे स्पेक्ट्रम विज्ञान विधियों का उपयोग उत्प्रेरकों और अन्य कार्यात्मक सामग्रियों के वास्तविक संचालन विश्लेषण के लिए किया जा सकता है। एनआई/जीडीसी के साथ सल्फर की रेडॉक्स गतिकी एनोड ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल (एसओएफसी ) के संचालन के समय मध्य और निम्न-श्रेणी के तापमान पर एक ऑपरेंडो एस के-एज एक्स एएनईएस में अध्ययन किया गया है। नी उच्च तापमान एसओएफसी में एनोड के लिए एक विशिष्ट उत्प्रेरक सामग्री है।

इलेक्ट्रोकेमिकल स्थितियों के अनुसार इस उच्च तापमान गैस-ठोस प्रतिक्रिया अध्ययन के लिए ऑपरैंडो स्पेक्ट्रो-इलेक्ट्रोकेमिकल सेल एक विशिष्ट उच्च तापमान विषम उत्प्रेरण सेल पर आधारित था, जो आगे विद्युत टर्मिनलों से सुसज्जित था।

पीईएम-एफसी ईंधन कोशिकाओं पर ऑपरैंडो अध्ययन के लिए बहुत प्रारंभिक विधि विकास हाउबोल्ड एट अल द्वारा किया गया था। फ़ोर्सचुंगज़ेंट्रम जूलिच और एचएएसवाईएलएबी में किया गया था। विशेष रूप से उन्होंने ईंधन सेल की विद्युत रासायनिक क्षमता के नियंत्रण के साथ एक्सए एनई एस, ई एक्स एएफएस और एस एक्स एस और एएसएक्सएस अध्ययनों के लिए प्लेक्सीग्लास स्पेक्ट्रो-इलेक्ट्रोकेमिकल सेल विकसित किए। ईंधन सेल के संचालन के अनुसार उन्होंने प्लैटिनम विद्युत उत्प्रेरक के कण आकार और ऑक्सीकरण स्थिति और खोल गठन के परिवर्तन को निर्धारित किया। एसओएफसी संचालन स्थितियों के विपरीत, यह परिवेश के तापमान के अनुसार तरल वातावरण में पीईएम-एफसी अध्ययन था।

एक ही ऑपरेंडो विधि बैटरी अनुसंधान पर लागू होती है और एक कैथोड में इलेक्ट्रोकेमिकली सक्रिय तत्वों के ऑक्सीकरण स्थिति के परिवर्तनों पर जानकारी प्राप्त करती है जैसे कि एक्सए एनईएस के माध्यम से एम.एन., अवस्थाभिषेक खोल और ईएक्सए एफएस के माध्यम से बांड की लंबाई की जानकारी, और बैटरी संचालन के समय माइक्रोस्ट्रक्चर परिवर्तन की जानकारी ए एस एक्सएस के माध्यम से। चूंकि लिथियम आयन बैटरियां इंटरकलेशन बैटरियां हैं, इसलिए प्रचालन के समय बड़ी मात्रा में होने वाली रसायन और इलेक्ट्रॉनिक संरचना की जानकारी रुचिकर होती है। इसके लिए हार्ड एक्स-रे रमन स्कैटरिंग का उपयोग कर सॉफ्ट एक्स-रे की जानकारी प्राप्त की जा सकती है।

इरिडियम ऑक्साइड पर ऑक्सीजन विकास प्रतिक्रिया के लिए उत्प्रेरक चक्र के अध्ययन के लिए निश्चित ऊर्जा विधियों (एफईएक्सआरएवी) को विकसित और लागू किया गया है। एफईएक्सआरएवी में इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया के समय इलेक्ट्रोकेमिकल सेल में इलेक्ट्रोड क्षमता में भिन्नता होने पर एक निश्चित ऊर्जा पर अवशोषण गुणांक रिकॉर्ड करना सम्मिलित है। ऑपरेंडो स्पेक्ट्रम विज्ञान सतह रसायन विज्ञान के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण बन गया है। यह विभिन्न प्रायोगिक स्थितियों (जैसे, इलेक्ट्रोलाइट की प्रकृति, संभावित विंडो) के अनुसार कई प्रणालियों की तेजी से स्क्रीनिंग प्राप्त करने की अनुमति देता है, प्रारंभिक से लेकर गहरे एक्सएएस प्रयोगों तक रिकॉर्ड करना सम्मिलित है।

नरम एक्स-रे शासन (अर्थात फोटॉन ऊर्जा <1000 eV के साथ) का उपयोग विषम ठोस-गैस प्रतिक्रिया की जांच के लिए लाभप्रद रूप से किया जा सकता है। इस सन्दर्भ में, यह प्रमाणित हो गया है कि एक्सएएस गैस चरण और ठोस सतह अवस्था दोनों के प्रति संवेदनशील हो सकता है।

गैस क्रोमैटोग्राफी
एक सन्दर्भ के अध्ययन ने माइक्रो-जीसी का उपयोग करके प्रोपेन से प्रोपेन के डीहाइड्रोजनीकरण की निगरानी की। प्रयोग के लिए पुनरुत्पादन क्षमता अधिक थी। अध्ययन में पाया गया कि उत्प्रेरक (Cr/Al2}O) गतिविधि 28 मिनट के बाद निरंतर अधिकतम 10% तक बढ़ी - एक उत्प्रेरक की कार्य स्थिरता में एक औद्योगिक रूप से उपयोगी अंतर्दृष्टि क्षमता अधिक थी।

मास स्पेक्ट्रम विज्ञान
एक ऑपरेंडो प्रयोग के दूसरे घटक के रूप में द्रव्यमान स्पेक्ट्रम विज्ञान का उपयोग विश्लेषण के द्रव्यमान स्पेक्ट्रम प्राप्त करने से पहले प्रकाश संबंधी स्पेक्ट्रा प्राप्त करने की अनुमति देता है। थर्मल गिरावट के बिना नमूनों को आयनित करने की क्षमता के कारण इलेक्ट्रोस्प्रे आयनीकरण अन्य आयनीकरण विधियों की तुलना में पदार्थों की एक विस्तृत श्रृंखला का विश्लेषण करने की अनुमति देता है। 2017 में, प्रो. फ्रैंक क्रेस्पिल्हो और सहकर्मियों ने डिफरेंशियल इलेक्ट्रोकेमिकल मास स्पेक्ट्रम विज्ञान (डीईएमएस) द्वारा एंजाइम गतिविधि मूल्यांकन के उद्देश्य से ऑपरैंडो डीईएमएस के लिए एक नया दृष्टिकोण प्रस्तुत किया। डीईएमएस द्वारा इथेनॉल ऑक्सीकरण के लिए एनएडी-निर्भर अल्कोहल डिहाइड्रोजनेज (एडीएच) एंजाइम की जांच की गई। बायोइलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण के अनुसार और अभूतपूर्व सटीकता के साथ प्राप्त व्यापक द्रव्यमान स्पेक्ट्रा का उपयोग एंजाइम कैनेटीक्स और तंत्र में नई अंतर्दृष्टि प्रदान करने के लिए किया गया था।

नैनो टेक्नोलॉजी
ऑपरेंडो स्पेक्ट्रम विज्ञान सतह रसायन विज्ञान के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण बन गया है। सामग्री विज्ञान में उपयोग की जाने वाली नैनो तकनीक में लगभग 1-100 एनएम के नैनो-स्केल में कम से कम एक आयाम के साथ अभिकर्मक सतह पर सक्रिय उत्प्रेरक साइटें सम्मिलित होती हैं। जैसे-जैसे कण का आकार घटता है, सतह का क्षेत्रफल बढ़ता जाता है। इसका परिणाम अधिक प्रतिक्रियाशील उत्प्रेरक सतह में होता है। अद्वितीय चुनौतियों को प्रस्तुत करते हुए इन प्रतिक्रियाओं का कम पैमाना कई अवसर प्रदान करता है; उदाहरण के लिए, क्रिस्टल के बहुत छोटे आकार (कभी-कभी <5 nm) के कारण, कोई भी एक्स - रे क्रिस्टलोग्राफी विवर्तन संकेत बहुत कमजोर हो सकता है। चूंकि उत्प्रेरण एक सतही प्रक्रिया है, उत्प्रेरक अध्ययन में एक विशेष चुनौती उत्प्रेरक रूप से सक्रिय सतह के सामान्यतः कमजोर स्पेक्ट्रोस्कोपिक सिग्नल को निष्क्रिय बल्क संरचना के खिलाफ हल करना है। सूक्ष्म से नैनो पैमाने पर जाने से कणों के सतह से आयतन अनुपात में वृद्धि होती है, जिससे बल्क के सापेक्ष सतह के संकेत को अधिकतम किया जाता है।

इसके अतिरिक्त, जैसा कि प्रतिक्रिया का पैमाना नैनो पैमाने की ओर घटता है, अलग-अलग प्रक्रियाओं को समझा जा सकता है जो अन्यथा थोक प्रतिक्रिया के औसत संकेत में खो जाएंगे। दर्शकों, मध्यवर्ती और प्रतिक्रियाशील साइटों जैसे कई संयोग चरणों और प्रजातियों से बना है।

विषम कटैलिसीस
ऑपरेंडो स्पेक्ट्रम विज्ञान व्यापक रूप से विषम उत्प्रेरण पर लागू होता है, जिसका उपयोग बड़े पैमाने पर औद्योगिक रसायन विज्ञान में किया जाता है।

विषम उत्प्रेरण की निगरानी के लिए ऑपरेंडो पद्धति का एक उदाहरण प्रोपेन का डिहाइड्रोजनेशन है जो सामान्यतः औद्योगिक पेट्रोलियम में उपयोग किए जाने वाले मोलिब्डेनम उत्प्रेरक के साथ होता है। मो/एसआईओ$2$ मो / अल पर2}ओ $2$ इलेक्ट्रॉन पैरामैग्नेटिक अनुनाद /UV/VIS स्पेक्ट्रम विज्ञान |UV-Vis, NMR/UV-Vis, और रमन स्पेक्ट्रम विज्ञान से जुड़े एक ऑपरैंडो सेटअप के साथ अध्ययन किया गया। अध्ययन ने वास्तविक समय में ठोस मोलिब्डेनम उत्प्रेरक की जांच की। यह निर्धारित किया गया था कि मोलिब्डेनम उत्प्रेरक ने प्रोपेन डिहाइड्रोजनीकरण गतिविधि का प्रदर्शन किया, लेकिन समय के साथ निष्क्रिय हो गया। स्पेक्ट्रोस्कोपिक डेटा से पता चला है कि सबसे अधिक संभावित उत्प्रेरक सक्रिय अवस्था थी Mo(4+) प्रोपेन के उत्पादन में। उत्प्रेरक की निष्क्रियता कोक (ईंधन) के गठन और अपरिवर्तनीय गठन के परिणाम के रूप में निर्धारित की गई थी MoO3 क्रिस्टल, जिन्हें वापस कम करना मुश्किल था Mo(4+). प्रोपेन के डीहाइड्रोजनीकरण को क्रोमियम उत्प्रेरक के साथ भी कम करके प्राप्त किया जा सकता है Cr(6+) को Cr(3+). प्रोपीन विश्व स्तर पर उपयोग की जाने वाली सबसे महत्वपूर्ण कार्बनिक प्रारंभिक सामग्रियों में से एक है, विशेष रूप से विभिन्न प्लास्टिक के संश्लेषण में। इसलिए, प्रोपलीन का उत्पादन करने के लिए प्रभावी उत्प्रेरक का विकास बहुत रुचि का है। ऐसे उत्प्रेरकों के आगे अनुसंधान और विकास के लिए ऑपरेंडो स्पेक्ट्रम विज्ञान बहुत महत्वपूर्ण है।

सजातीय कटैलिसीस
समाधान में सजातीय उत्प्रेरक का अध्ययन करने के लिए ऑपरेंडो रमन, यूवी-विज़ और एटीआर-आईआर का संयोजन विशेष रूप से उपयोगी है। दर्शकों, मध्यवर्ती और प्रतिक्रियाशील साइटों जैसे कई संयोग चरणों और प्रजातियों से बना है। संक्रमण-धातु परिसर कार्बनिक अणुओं पर उत्प्रेरक ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाएं कर सकते हैं; हालाँकि, संबंधित प्रतिक्रिया के अधिकांश मार्ग अभी भी अस्पष्ट हैं। उदाहरण के लिए, उच्च पीएच पर सैलकोमाइन उत्प्रेरक द्वारा वेरेट्रील अल्कोहल के ऑक्सीकरण का एक ऑपरेंडो अध्ययन निर्धारित किया कि एल्डिहाइड के लिए दो प्रतिस्थापित अणुओं के प्रारंभिक ऑक्सीकरण के बाद पानी में आणविक ऑक्सीजन की कमी होती है, और यह कि दर निर्धारण कदम उत्पाद की टुकड़ी है। सामग्री विज्ञान और फार्मास्यूटिकल्स के आगे के विकास के लिए कार्बनिक अणुओं पर कार्बधात्विक उत्प्रेरक गतिविधि को समझना अविश्वसनीय रूप से मूल्यवान है।