Новости химической науки > Увеличение эффективности атомов платины в электрокатализе

Одной из наиболее интригующих проблем современного промышленного катализа является увеличение производительности гетерогенных катализаторов на основе драгоценных металлов.

Например, платина используется в качестве катализаторов электрохимических реакций. Очевидно, что наиболее эффективный метод ее использования упирается в разработку технического вопроса: «Как заставить работать платину на 100 процентов, как сделать так, чтобы каждый атом этого металла, входящий в состав катализатора, мог участвовать в каталитическом процессе?».

Наиболее удобный размер платиновых частиц, реально используемых в электрокаталитических процессах, находится в пределах 2–4 нм. Наночастицы платины такого размера, однако, работают с эффективностью, равной лишь 25–50% – большая часть атомов платины в таких нанокластерах находится не на поверхности.

Теоретически, уменьшение размеров нанокластера платины до размера 1 нм и менее должно приводить к тому, что все атомы, образующие такие структуры, будут находиться на поверхности нанокристалла, а эффективность таких нано-катализаторов будет составлять 100%.

Однако на практике наночастицы металла с диаметром менее 2 нм попадают в микропоры токопроводящего углеродного электрода-носителя, что делает их недоступными для электрохимических процессов.

Д. Жао (D. Zhao) и Б.-Ку. Ксу (B.-Q. Xu) из Университета Цингуа в Пекине предлагают добиваться высокой активности и 100% эффективности гетерогенных платиновых катализаторов, используя нанесение моноатомного слоя платины на наночастицы золота диаметром около 10 нм..

Такой размер полиметаллических кластеров, как наблюдалось исследователями, вполне достаточен для предотвращения «западания» электрокатализатора в поры графитового носителя, эффективность же использования атомов платины для ускорения электрохимического процесса приближается к 100%. Если в полученных биметаллических кластерах молярное соотношение платина : золото составляет 1 : 20, площадь электрохимически активной поверхности оценивается в 234 м² на грамм платины.

Китайские исследователи также измерили электрохимические характеристики полученного композитного нанокатализатора и обнаружили его высокую электрокаталитическую стабильность в электроокислении метанола.

Источник: Angew. Chem., Int. Ed., 2006, 45, Р. 4955.