Исследователи разработали способ сократить количество платины, необходимой для химических реакций в устройствах очистки. Статья об этом опубликована в журнале Science.
Исследователи из университета Нью-Мексико (University of New Mexico) в сотрудничестве с коллегами из Вашингтонского государственного университета (Washington State University) разработали инновационный метод улавливания атомов платины, что позволяет повысить эффективность и стабильность химических реакций, в которых платина выступает в роли катализатора.
Платина используется в качестве катализатора во многих энергетических процессах, в каталитических преобразователях и топливных элементах. Драгоценный металл способствует химическим реакциям, необходимым для создания многих часто используемых продуктов и процессов, например, преобразование ядовитой окиси углерода (угарный газ) в менее вредный углекислый газ в каталитических конвертерах.
Платина — дорогостоящий металл, он редок и добывается в ограниченных объёмах. Поэтому актуальны технологии, позволяющие наиболее эффективно использовать каждый атом платины. Сложность в том, что при высоких температурах атомы становятся подвижными и слипаются в комки, что снижает эффективность катализатора и негативно влияет на его производительность. Это основная причина, почему катализаторы должны регулярно проверяться, не стали ли они менее эффективными с течением времени.
«Драгоценные металлы широко используются в устройствах для контроля выбросов, но всегда есть вопросы, как лучше их использовать и держать их стабильными, — говорит профессор Вашингтонского государственного университета Юн Ван (Yong Wang), соавтор публикации. — Вы хотите использовать их как можно меньше, чтобы достичь своей цели, но обычно трудно удержать атомы в высокодисперсном состоянии».
Новый метод захвата атомов платины, позволяющий их стабильно зафиксировать, не снижая их катализирующей активности, заключается в использовании в качестве основы распространённого и недорогого в производстве материала — оксида церия. Из оксида церия создаются наноловушки, наноразмерные стержни и многогранники, которые выглядят как крошечные кусочки леденцов, которые захватывают атомы платины. С их большой площадью поверхности и достаточно большим количеством дефектов, наноформы из оксида церия способны захватывать атомы платины на поверхности и удерживать их от слипания, так что платина будет продолжать делать свою работу.
«Техника отлова атомов должна широко применяться для изготовления одноатомных катализаторов, — говорит профессор Абхая Датье (Abhaya Datye) из университета Нью-Мексико, руководитель исследования. — Примечательно, что простого совмещения оксида церия с платиновым катализатором достаточно, чтобы произвести захват атомов и сохранить производительность катализатора.
Ещё более удивительно то, что процесс захвата происходит посредством нагрева катализатора до высоких температур — именно те условия, в которых обычно катализатор быстро вырабатывается», — замечает профессор Датье.
«Эта работа задаёт новое основное направление дизайна катализаторов для более эффективного использования драгоценных металлов и их гораздо более стабильной работы», — добавил Ван.
