Точная настройка реакций, в результате которых образуется водород (H2) для использования в качестве экологически чистого топлива является важным шагом в борьбе с изменением климата. Исследователям из Университета Тохоку и Токийского научного университета удалось повысить каталитическую активность этой реакции. Исследователи разработали метод синтеза, который позволяет контролировать структуру поверхности мелких металлических частиц диаметром около 1 нм.
Результаты были опубликованы в журнале Журнал Американского химического общества 25 октября 2024 года.
Водород является экологически чистой альтернативой другим источникам энергии, таким как ископаемое топливо. Один из методов извлечения водорода из воды называется реакцией выделения водорода (HER): реакция, приводимая в действие электричеством, в которой обычно используется электрокатализатор для снижения энергии активации (и, таким образом, повышения эффективности реакции). Однако одним из недостатков является то, что в настоящее время для этого требуются дорогостоящие редкие металлы, такие как платина.
Чтобы сделать водородное топливо более жизнеспособным и доступным вариантом, исследователи обратились к более дешевым металлам. Для достижения этой цели они создали агрегированный металлический нанокластер (NC), объединяющий золото (Au) и платину (Pt). Поскольку золото далеко не такое редкое и дорогое, как платина, такое сочетание снижает стоимость производства водорода.
В этом исследовании рассматривались нанокластеры AuPt (NCS) с двумя новыми геометрическими и электронными структурами. "По сравнению с обычными NCS AuPt, в этих структурах было меньше объемных лигандов, что, как ожидалось, облегчит доступ к активному центру и улучшит каталитическую активность", - отмечает профессор Юити Негиши (Университет Тохоку). "Мы уже некоторое время анализируем, как улучшить эти реакции, и у нас появилась подсказка из нашего предыдущего исследования, в котором длина лиганда оказывала значительное влияние на ЕЕ активность."
После тестирования своих новых катализаторов AuPt NCs они обнаружили, что они обеспечивают в 3,5 и 4,9 раза более высокую каталитическую активность для HER по сравнению с обычными катализаторами из сплава AuPt.
Это исследование продемонстрировало метод точного контроля структуры поверхности ультрадисперсных металлических частиц. Он также может найти альтернативные каталитические применения, такие как восстановление диоксида углерода, окисление монооксида углерода, окисление спирта и реакции восстановления кислорода. Это открытие может способствовать разработке новых функциональных материалов и приблизить нас к миру, в котором мы будем заправляться чистым водородом вместо бензина.
Комментарии