Способ экономии дорогих каталитических материалов разработали в Ноттингеме

Катализаторы из нанокластеров драгоценных металлов предложили использовать химики Ноттингемского университета, 17 августа сообщает журнал Nature Communications.

Исследовательская группа разработала новый тип катализатора, который сочетает в себе функции, которые ранее считались взаимоисключающими, и разработала процесс получения нанокластеров металлов в массовом масштабе.

Традиционно катализаторы делятся на гомогенные, когда каталитические центры тесно смешаны с молекулами реагента, и гетерогенные, когда реакции протекают на поверхности катализатора. Обычно химикам приходится идти на компромиссы при выборе того или иного типа, поскольку гомогенные катализаторы более избирательны и активны, а гетерогенные катализаторы более долговечны и могут использоваться многократно. Однако нанокластеры атомов палладия, по-видимому, не соответствуют традиционным представлениям.

Исследовательская группа использовала методы анализа и визуализации для изучения структуры, динамики и химических свойств нанокластеров, чтобы выявить внутреннюю работу этого необычного катализатора на атомном уровне.

Это исследование содержит ключ к раскрытию всего потенциала катализа в химии, что приведет к новым способам создания и использования молекул наиболее эффективными с точки зрения экономии дорогостоящих материалов и энергозатрат способами.

«Мы используем самый прямой способ создания нанокластеров, просто выбивая атомы из объемного металла пучком быстрых ионов аргона — метод, называемый магнетронным распылением. Обычно этот метод используется для изготовления покрытий или пленок, но мы настроили его для получения металлических нанокластеров, которые могут быть нанесены практически на любую поверхность. Важно отметить, что размер нанокластера может точно контролироваться экспериментальными методами, от одного атома до нескольких нанометров, так что массив однородных нанокластеров может быть сгенерирован по требованию в течение нескольких секунд», — сказал доктор Хесум Алвес Фернандес, научный сотрудник Propulsion Futures Beacon в Ноттингеме из Школы химии

Напомним, катализаторы обеспечивают почти 80 процентов промышленных химических процессов, в результате которых производятся наиболее важных компоненты нашей экономики, от материалов (таких как полимеры) и фармацевтических препаратов до агрохимикатов, включая удобрения и средства защиты растений.

Высокий спрос на катализаторы означает, что мировые запасы многих полезных металлов, включая золото, платину и палладий, быстро истощаются. Задача состоит в том, чтобы использовать каждый атом катализатора в максимальной степени.

Использование металлов в виде нанокластеров является одной из наиболее мощных стратегий увеличения площади активной поверхности, доступной для катализа. Более того, когда размеры кластеров приближаются к нанометровым масштабам, свойства металла могут резко измениться, что приведет к новым явлениям, недоступным для макроматериалов.