Основой исследования ученых из Сколтеха стали наночастицы архитектуры «ядро-оболочка», в которых сердцевина из одного или нескольких металлов покрыта тончайшим слоем платины. Платина служит эффективным катализатором для множества химических процессов, но ее дефицит и высокая стоимость стимулируют поиск решений для более экономного использования. Научная группа выявила, что управлять поведением таких частиц можно, изменяя два основных параметра: химический состав ядра и его внутреннее строение. Результаты исследования опубликованы в журнале Materials Today Energy.
С применением компьютерного моделирования, основанного на теории функционала плотности, специалисты проанализировали влияние различных металлов в сердцевине, включая серебро, золото, медь, иридий, палладий, родий и рутений. Отдельное внимание было уделено ядру в форме высокоэнтропийного сплава, содержащего все семь перечисленных компонентов. Впервые детально изучена роль аморфной, неупорядоченной структуры ядра в сравнении с обычной кристаллической.
Наше исследование демонстрирует, что ядро наночастицы выполняет функцию активного модулятора свойств платиновой оболочки. Посредством варьирования химического состава и кристаллического состояния ядра мы получаем прямой контроль над электронной структурой и реакционной способностью поверхности платины
Механизм работы катализаторов объясняется влиянием ядра на платиновую оболочку в нескольких аспектах. Ядро способно модифицировать электронные свойства платины, а также незначительно изменять ее атомную решетку, сжимая или растягивая ее, что в итоге позволяет точно настраивать химическую активность. К примеру, использование медного ядра обогащает поверхность платины электронами, улучшая ее способность притягивать молекулы кислорода, что важно для работы топливных элементов.
Из исследования следует практический вывод: оболочку из платины необходимо создавать предельно тонкой. В идеале — толщиной в один атомный слой. В такой конфигурации усиливается влияние ядра наночастицы, что позволяет задействовать каждый атом платины с наибольшей эффективностью. Этот подход открывает перспективу для разработки катализаторов, которые будут содержать значительно меньше драгоценного металла, но при этом полностью сохранят свою каталитическую активность.
Ранее Наука Mail рассказывала, что тверские ученые научились управлять наносплавами.
