Новый тип катализаторов позволит использовать каждый атом драгоценных металлов
Мировые запасы золота, платины, палладия и других драгоценных металлов быстро истощаются. Поэтому важно максимально эффективно использовать каждый атом
В новом исследовании, опубликованном в Nature Communications, учёные демонстрируют, что поведение нанокластеров палладия в каталитических реакциях не соответствует привычным характеристикам.
Традиционно различают гомогенный и гетерогенный катализ. В гомогенном катализе катализатор и продукты реакции находятся в одной фазе, в гетерогенном — в разных. Гомогенные катализаторы более активны, в то время как гетерогенные катализаторы более долговечны и пригодны для повторного использования.
Мировые запасы многих полезных металлов — золота, платины, палладия и других быстро истощаются. Поэтому важно максимально эффективно использовать каждый атом при катализе. Для увеличения активной площади поверхности используют металлические нанокластеры.
Дело в том, что в каталитических реакциях участвуют только поверхностные атомы катализатора. Нанокластер имеет толщину порядка десятка атомов, что позволяет использовать металл наиболее эффективно. Более того, когда размеры кластеров выходят за пределы нанометрового масштаба, свойства металла могут резко измениться. Это приведет к явлениям, недоступным иным образом на макроуровне.
Исследовательская группа изучила каталитическое поведение атомов палладия в реакции циклопропанирования стирола, чтобы исследовать структуру, динамику и химические свойства нанокластеров, чтобы выявить внутренние механизмы этого необычного катализатора на атомном уровне.
По словам руководителя группы, доктора Джесума Алвеса Фернандеса, «...используется самый прямой способ создания нанокластеров — атомы выбиваются из массивного металла пучком быстрых ионов аргона». Такой метод называется магнетронным распылением, он используется для создания тонких пленок. Важно отметить, что размер нанокластера можно точно контролировать с помощью параметров эксперимента, в диапазоне от одного атома до нескольких нанометров, так что массив однородных нанокластеров может быть получен по запросу в течение нескольких секунд.
Такой метод изготовления катализатора позволяет наиболее экономично и экологично использовать редкие металлы. Университет намерен приступить к крупномасштабному проекту по расширению этой работы и защитить элементы, находящиеся под угрозой исчезновения.