Ученые узнали, как аморфные наночастицы меняют катализ

Результаты опубликованы в Journal of Catalysis — они помогают лучше понять, как устроены важные катализаторы для реакций выделения кислорода и водорода, а также реакции восстановления кислорода.

Переход от микро- к наночастицам приводит к большим изменениям физических и химических свойств материала. В наночастицах количество атомов на поверхности и в объёме частицы практически не отличается. Благодаря этому в частицах наибольшее влияние на свойства оказывают квантовые эффекты — они описываются законами квантовой физики. Наночастицы находят своё применение практически везде — в системах доставки лекарств, LED-экранах, химических удобрениях и так далее.

«Наносплавы палладия и иридия считаются важными катализаторами для многих органических реакций. Они также используются при окислении угарного газа. Важно понимать, что происходит с частицами на атомарном уровне, потому что в реальном эксперименте сложно определить, какой состав поверхности у этих биметаллических наночастиц, образуют ли они оболочку на своей поверхности, какой тип оболочки выгоднее с точки зрения энергии», — прокомментировал работу профессор Проектного центра по энергопереходу Александр Квашнин.

Геометрическая структура имеет решающее значение для понимания каталитических свойств нанокатализаторов. В исследовании авторы рассмотрели наночастицы иридия и палладия типа «ядро-оболочка» с различным химическим порядком: ядро — иридий, оболочка — палладий и наоборот, а также сплава иридия и палладия. В работе изучили влияние состава, типа структуры (кристаллическая или аморфная) и локального атомного окружения наночастиц диаметром 2 нм на электронные свойства и распределение заряда.

«У наночастиц температура плавления значительно ниже, чем у объёмного материала палладия или иридия. Если каталитическая реакция проходит при высоких температурах, то частицы могут плавиться, то есть превращаться из кристаллической структуры в аморфную. Большинство исследований сосредоточено на изучении свойств кристаллических структур. Наша идея была в том, чтобы посмотреть, как изменятся свойства катализатора, если частица перейдёт в аморфное состояние», — добавил первый автор работы, старший научный сотрудник Проектного центра по энергопереходу Илья Чепкасов.

Авторы пришли к выводу, что тип наночастицы иридия и палладия, а также толщина оболочки по отношению к ядру существенно влияют на поверхностный заряд. Наночастицы, в которых ядро иридия покрыто оболочкой палладия, содержат значительный избыток электронов, перетекающих из ядра на поверхность, образуя отрицательный заряд на ней. В то же время тип структуры наночастиц — кристаллическая или аморфная — практически не влияет на поверхностный заряд.

Сколтех

469 статей

Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.

Показать больше

Закладка

Скопировать ссылку

Email

Печать

Twitter

VK

Telegram