Катализ играет ключевую роль как в промышленности, так и в повседневной жизни. Около 80% всех химических продуктов создаются с его применением. От автомобильных выхлопных систем до водородных топливных элементов — везде используется принцип ускорения химических реакций с помощью катализатора.
Особенно эффективна в этом процессе платинa — редкий и дорогой благородный металл. Однако высокая цена и значительный углеродный след при производстве платины заставляют ученых искать способы ее более рационального использования.
Одним из таких решений стали одоатомные катализаторы — материалы, в которых отдельные атомы платины размещаются на пористой подложке, например, из углерода, дополненного атомами азота. Эти атомы служат якорями для платиновых атомов, обеспечивая стабильность и высокую активность.
Недавнее исследование, проведенное учеными Швейцарской высшей технической школы Цюриха вместе с университетами Лиона и Орхуса, показало, что эти катализаторы гораздо сложнее, чем считалось ранее. С помощью ядерного магнитного резонанса команда исследователей обнаружила, что атомы платины в таких катализаторах находятся в разных химических окружениях, что напрямую влияет на их каталитическую активность.
Это позволило впервые составить своего рода «карту» атомного окружения, где указано, какие именно атомы (углерода, азота или кислорода) находятся рядом с платиной и как они ориентированы в пространстве. Такая точность открывает новые горизонты в области проектирования катализаторов.
Теперь ученые могут создавать одноатомные катализаторы с заранее заданными свойствами, максимально эффективные и экономичные. Более того, этот метод позволяет точно описывать состав катализаторов, что важно для их патентования и коммерциализации.
Ранее Наука Mail рассказывала, что ученые научились повышать активность ферментов в десятки раз.