Новости химической науки > Магические размеры золотых кластеров

Исследователи из Великобритании разработали золотые катализаторы, способные катализировать окисление углеводородов молекулярным кислородом в качестве единственного окислителя. Критичным для катализатора является размер частиц – если они превышают размер 2 нм, каталитическая активность исчезает.

Нанокластеры Au₅₅ размером менее 2 нм проявляют каталитическую активность. (Рисунок из Nature, 2008, 454, 981)

Новый катализатор был получен в группе Ричарда Ламберта (Richard Lambert) из Университета Кембриджа; субстратом для тестовой реакции окисления являлся стирол. Исследователи обнаружили, что для окисления не требуются другие окислители, как, например, пероксиды – молекулы кислорода адсорбируются на поверхности частиц золота, диссоциируют на два атома кислорода, инициирующих окисление кратной связи. Возможность селективного каталитического окисления углеводородом молекулярным кислородом в отсутствие добавок достаточно перспективна для промышленного использования.

Катализатор представляет собой кластеры, содержащие по 55 атомов золота, образующие частицы размером 1-2 нм на твердой подложке. Кластеры Au₅₅ представляю собой так называемые «магические» кластеры – число атомов золота в них позволяет частицам принимать правильные геометрические формы, идеально подходящие для проявления каталитических функций.

Размер частиц катализатора играет решающую роль для его активности. В то время как частицы с диаметром 1,4 нм представляют собой эффективные и устойчивые катализаторы, частицы, размер которых превышает 2 нм, не проявляют каталитической активности.

Фотоэлектронная спектроскопия продемонстрировала, что электронная структура нано-кластеров золота отличается от электронной структуры компактного золота, причем изменение электронных свойств проявляется в большей степени при уменьшении размеров частиц. Это изменение приводит к селективной адсорбции кислорода к кластерам катализатора – органический субстрат практически не взаимодействует с катализатором.

Источник: Nature, 2008, 454, 981 (DOI:10.1038/nature07194)

метки статьи: #кинетика и катализ, #нанотехнологии, #неорганическая химия, #новые материалы, #органическая химия, #химия поверхности