Новости химической науки > Новый катализатор расщепления воды

Исследователями из Австралии получена новая форма кристаллов диоксида титана – катализатора расщепления воды, эффективность этой формы во много раз превышает эффективность подобного рода каталитических систем на основе оксида титана.

Анатаз, одна из трех кристаллических форм оксида титана(IV), может играть роль фотокатализатора, разлагающего воду на свободный кислород и водород под действием солнечного света. Однако применение такого способа получения энергии на практике еще требует решения многих проблем.

Синтезированные кристаллы анатаза с высоким содержанием граней {001}. (Рисунок из Nature, 2008, 453, 638)

Новые кристаллы разлагают воду в пять раз эффективнее, чем немодифициованный анатаз. Такая эффективность была достигнута за счет перестройки граней кристаллической решетки минерала. У наиболее стабильной формы анатаза наиболее распространена конфигурация граней {101}, в основном содержащая шестикоординиованные атомы титана.

Альтернативная конфигурация граней {001}, для которой более характерно содержание пятикоординированных атомов титана должна быть более реакционноспособной. По словам Макса Лю (Max Lu), руководителя исследовательской группы из Университета Квинсленда (Австралия), высокое содержание координационно-ненасыщенных атомов титана позволяет добиться более прочного взаимодействия поверхности катализатора с адсорбированными молекулами.

Компьютерное моделирование показало, что образование граней {001} может стимулироваться действием разбавленной плавиковой кислоты, терминирующей рост кристалла. По словам Лю, такая операция приводит к большей термодинамической стабильности формы {001}, что приводит к предпочтительности ее образования. После образования кристаллов остатки фтороводорода могут быть просто отмыты водой.

Для проверки теории исследователи получили однородные по размеру кристаллы с размером около микрометра, в которых содержалось около 50% реакционноспособных граней {001}; в природном анатазе имеется не более двух процентов таких граней.

Источник: Nature, 2008, 453, 638 (DOI:10.1038/nature06964)

метки статьи: #кинетика и катализ, #неорганическая химия, #физическая химия, #химическая технология, #химия поверхности