«Идеальные» нанокатализаторы для топливной энергетики

 


На нанотехнологии в последнее время надеется не только микроэлектронная индустрия и биотехнологии, но и энергетическая отрасль. Последние достижения в области нанокатализа позволяют надеяться на усовершенствование топливных элементов.

Материалы, содержащие биметаллические наночастицы, очень привлекательны для использования в различных технологических отраслях из-за их уникальных каталитических свойств. Наиболее перспективные биметаллические сплавы палладия и золота, которые участвуют в реакциях окисления двуокиси углерода, что очень востребовано в топливных элементах и других отраслях альтернативной энергетики.

Сплав золото-палладий имеет наибольшую каталитическую активность среди биметаллов. Что интересно, он имеет также наиболее упорядоченную структуру: наночастицы золота формируют центр, окруженный палладием. Однако создать такой упорядоченный сплав достаточно трудно традиционными методами химии.

Но недавно ученым из Университета Дэлавера, университета Ешивы и Брукхэвена (Brookhaven, Yeshiva University, University of Delaware) удалось разработать метод синтеза сложных биметаллических нанокатализаторов.

«Большинство свойств катализатора и его эффективность напрямую зависит от его структуры, – говорит Вейган Хан (Weiqiang Han), исследователя из Центра Функциональных Наноматериалов в Брукхэвене (Brookhaven's Center for Functional Nanomaterials), – Мы использовали много техник, но пришли к тому, что с помощью традиционных химических техник трудно создать упорядоченный биметаллический нанокатализатор».

В качестве альтернативного метода ученые воспользовались гальваническим нанесением. Основная «движущая сила» гальванического нанесения – разница потенциалов, возникающая между двумя металлами, один из которых выступает в роли анода, а другой – катода. При этом происходит перенос электронов от анода к катоду.

Для того чтобы создать сплав, ученым понадобилось поместить палладиевые нанонити диаметром всего 2,5 нанометра в раствор толуола, содержащего хлорид золота. За получившейся гальванической системой ученые наблюдали с помощью электронной микроскопии и установки расширенной рентгеновской дифракции (extended x-ray absorption fine structure – EXAFS).

«Установка EXAFS очень помогла нам в наблюдениях за формированием биметаллического нанокатализатора. Она чувствительна к изменениям структуры и геометрии частиц размером около 3 нанометров», – поясняет Анатолий Френкель (Anatoly Frenkel), один из исследователей.

В первое время формирования сплава ученые заметили, что его структура регулярна, и для ее сохранения ввели алкиламиновый композит, стабилизировавший поверхностное распределение палладия на золотом «ядре». Впоследствии исследователи установили, что дальнейшая реакция по синтезу нанокатализатора протекает хаотично, вызывая формирование неупорядоченного сплава с «перемешанными» атомами золота и палладия в одной частице. О своей работе ученые сообщили в выпуске журнала Американского Химического Общества от 23 января 2008г (Journal of the American Chemical Society).

Как считают исследователи, гальваническое формирование катализаторов – очень перспективная ветвь развития нанохимии. Более того, нанокатализаторы будут применяться в самых различных технологических отраслях – от энергетики до микроэлектроники и аэрокосмической промышленности.


Источник: NanoNewsNet