В основе работы идея использовать физическое воздействие вместо химических приемов. Ученые из Университета Ноттингема, Бирмингема и других британских центров под руководством доктора Хесума Алвеса Фернандеса показали: если бомбардировать углеродную подложку быстрыми ионами аргона, на ее поверхности возникают крошечные пустоты (атомные «ловушки»). Они идеально подходят для улавливания отдельных атомов металла и помогают им собираться в одном слое. Исследование опубликовано в Advanced Science.
Каждый атом имеет значение. Драгоценные и редкие металлы жизненно важны для чистой энергии и промышленного катализа, но их запасы ограничены. Мы разработали масштабируемую стратегию, чтобы гарантировать, что ни один атом не пропадет зря.
Авторы продемонстрировали, что на поверхности с высокой плотностью таких ловушек атомы металлов почти не перемещаются. Они «прилипают» к дефектам и формируют однослойные кластеры. При этом удается достичь плотности до 4,3 атома на квадратный нанометр, что является рекордом среди известных аналогов.
В отличие от прежних методов, не требуется использовать посторонние элементы вроде азота или фтора. Подход работает сразу с 21 металлом, от платины до серебра и золота, и позволяет собирать даже многокомпонентные структуры, сообщает издание phys.org.
Мы можем создавать моно-, би- или даже триметаллические атомные слои, где каждый атом будет располагаться именно там, где мы хотим. Такой уровень контроля беспрецедентен.
Главная сложность — сохранить активность ловушек. После обработки аргонной плазмой поверхность становится крайне реакционноспособной. Даже короткое воздействие воздуха приводит к окислению и делает ловушки бесполезными. Именно поэтому весь процесс проводится в полностью инертной среде.
Теперь мы можем делать катализаторы, где работает каждый атом. Это путь к по-настоящему «зеленой» химии.
Созданные структуры сохраняют стабильность при температуре до 200°C и не разрушаются даже через 16 месяцев хранения на воздухе. А значит, их можно применять в реальных промышленных условиях.
Ранее мы рассказывали, как микроструктуры в перовскитах существенно повышают эффективность солнечных панелей.