Ученые США создают большую библиотеку крошечных наночастиц
Американские ученые создают большую библиотеку крошечных биметаллических наночастиц сообщает 24 апреля Science Advances.
Разработка биметаллических наночастиц (то есть крошечных частиц, состоящих из двух разных металлов, которые проявляют несколько новых и улучшенных свойств) представляет собой новую область исследований с широким спектром потенциальных применений.
Исследовательская группа в Школе инженерии им. А. Джеймса Кларка Университета Мэриленда (UMD) разработала новый метод смешивания металлов, которые, как известно, являются несмешиваемыми или несмешиваемыми, в наноразмерном диапазоне для создания нового ассортимента биметаллических материалов. Такая библиотека будет полезна для изучения роли этих биметаллических частиц в различных сценариях реакций, таких как превращение углекислого газа в топливо и химические вещества.
_«С помощью этого метода мы можем быстро разработать различные биметаллические элементы с использованием различных элементов, но с одинаковой структурой и морфологией. Тогда мы можем использовать их для скрининга каталитических материалов для реакции; такие материалы не будут ограничены синтезом трудностей», — сказал руководитель группы профессор Лянбин Ху.
Сложная природа наноструктурированных биметаллических частиц затрудняет смешивание таких частиц с использованием традиционных методов по ряду причин, включая химический состав металлов, размер частиц и то, как металлы располагаются на наноразмерной основе.
Этот новый метод неравновесного синтеза подвергает смеси на основе меди тепловому удару приблизительно 1300 градусов Цельсия в течение 0,02 секунды, а затем быстро охлаждает их до комнатной температуры. Целью использования такого короткого интервала теплового нагрева является быстрое улавливание или «замораживание» высокотемпературных атомов металла при комнатной температуре при сохранении их состояния перемешивания.
При этом исследовательская группа смогла подготовить коллекцию гомогенных сплавов на основе меди. Как правило, медь смешивается только с несколькими другими металлами, такими как цинк и палладий, но с помощью этого нового метода группа расширила диапазон смешиваемости, включив в него также медь с никелем, железом и серебром.
«Используя сканирующий электронный микроскоп и просвечивающий электронный микроскоп, мы смогли подтвердить морфологию — как образуются материалы — и размер получаемых биметаллических наночастиц Cu-Ag [медь-серебро]», — сказал автор исследования научный сотрудник Чунпен Янг.
Этот метод позволит ученым создавать более разнообразные системы, структуры и материалы из наночастиц, применяемые в катализе, биологии, оптике и магнитных материалах.
В качестве модельной системы для быстрой разработки катализатора группа исследовала сплавы на основе меди в качестве катализаторов реакций восстановления окиси углерода в сотрудничестве с профессором Университета штата Делавэр Фэн Цзяо. Электрокатализ восстановления угарного газа (КОР) является привлекательной платформой, позволяющей ученым использовать парниковый газ и возобновляемую электрическую энергию для производства топлива и химикатов.
«На сегодняшний день медь является самым многообещающим монометаллическим электрокатализатором, который способствует восстановлению окиси углерода до химикатов с добавленной стоимостью. Способность быстро синтезировать широкий спектр биметаллических наносплавов на основе меди с однородной структурой позволяет нам проводить фундаментальные исследования взаимосвязи структура-свойство в COR и других каталитических системах», — сказал Цзяо.
Неравновесную синтетическую стратегию можно распространить и на другие биметаллические или оксидные системы металлов. Используя синтетическое машинное обучение на основе искусственного интеллекта, новый синтетический метод сделает возможным быстрый скрининг катализаторов и рациональный дизайн.
