Новости химической науки > Катализаторы топливных ячеек на суб-наноуровне

Исследователи из Японии разработали суб-наномасштабные платиновые кластеры с высокой каталитической активностью для использования в топливных ячейках [1].

Наименьшие из полученных к настоящему времени каталитически активных частиц (самые малые из них состоят всего лишь из 12 атомов платины) будут способствовать более экономному расходу платины.

Модель фенилазометинового дендримера, применявшегося в качестве шаблона для сборки кластеров металлов. (Рисунок из Nature Chemistry, 2009, DOI: 10.1038/NCHEM.288)

Исследователи обнаружили, что уменьшение размеров кластеров приводит к увеличению их каталитической активности в реакции восстановления кислорода. Кластеры, состоящие из 12 атомов платины, каждый из которых располагался на поверхности, обладали производительностью в 13 раз большей, чем коммерчески доступные наночастицы платины, состоящие из сотен или тысяч атомов. Исследователи полагают, что увеличение производительности обуславливается не только увеличением площади поверхности, но и другими эффектами, природа которых пока еще не ясна.

Руководитель исследования, Кимихиса Ямамото (Kimihisa Yamamoto) из Университета Кейо отмечает, что работы его группы заставляют переосмыслить существующие теоретические воззрения на катализ наночастицами. Ранее считалось, что в восстановлении кислорода наиболее эффективны наночастицы, размер которых составляет около 3 нм, однако результаты нового исследования показывают, что суб-наномасштабные платиновые кластеры отличаются большей производительностью.

Новые кластеры платины были получены следующим образом: к дендримерному фенилазометину [phenylazomethine (DPA)] исследователи прибавляли хлорид платины(IV). Дендример играл роль жесткой клеткоподобной структуры, в которой улавливаются ионы металла. Размеры дендримера позволяют регулировать число атомов платины в каждом центре кристаллизации. Добавка восстановителя приводит к образованию стабильных кластеров платины.

В группе Юнаня Ся (Younan Xia) из Университета Вашингтона в Сент-Луисе также получили новые катализаторы топливных ячеек – биметаллические наночастицы, состоящие из платины и палладия [2], однако если работа Ямамото была посвящена контролю размера наночастиц, Ся изучал возможности контроля формы наночастиц.

Источник: [1]. Nature Chemistry, 2009, DOI: 10.1038/NCHEM.288; [2]. Science, 2009. DOI: 10.1126/science.1170377

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