Эти желанные катализаторы, сделанные в основном из драгоценных металлов, имеют форму драгоценных камней. Каждая частица имеет 24 разные грани, которые представляют атомы на поверхности таким образом, чтобы сделать их более каталитически активными, чем те, которые имеются в продаже.
В методологии используются основные прекурсоры металлов, и с использованием тепла и стабилизирующих микроэлементов их форма быстро преобразуется в высокоактивные каталитически активные структуры. Коммерческие продукты, такие как топливные элементы – важные источники чистой энергии – полагаются на такие катализаторы.
Метод общий; исследование показывает, что он работает с пятью монометаллическими наночастицами и библиотекой биметаллических наночастиц, охватывающих семь различных металлов, включая платину, кобальт и никель.
«Многие из этих драгоценных металлов ответственны за катализ некоторых из наиболее важных химических превращений, используемых в химической, нефтяной промышленности и производстве топливных элементов», – сказал Чад А. Миркин Георгий Б. Ратманн, профессор химии в Вайнбергском колледже искусств и наук, который руководил исследованием.
«Мы не только можем приготовить коммерчески желаемые катализаторы, но и переработать использованные катализаторы топливных элементов в наиболее активные формы. Катализаторы со временем медленно разрушаются и меняются, поэтому тот факт, что мы можем регенерировать и повторно активировать эти катализаторы, сделанные из дорогих материалов, чрезвычайно ценен », – сказал Миркин.
Исследование, включающее моделирование и эксперименты, будет опубликовано в сентябре.
13 в журнале Science.
Новые катализаторы называются катализаторами с гранеными наночастицами с высоким коэффициентом преломления – оптимальная форма для ускорения химических реакций. Команда Миркина обнаружила, что их платиновые катализаторы в 20 раз быстрее, чем коммерческие низкоиндексные формы для реакции электроокисления муравьиной кислоты (в зависимости от содержания платины).
«Платина в форме граней с высоким показателем преломления отличается и лучше, чем в других формах наночастиц», – сказал Крис Волвертон, соавтор исследования и Джером Б. Коэн, профессор материаловедения и инженерии Северо-западной инженерной школы Маккормика.
«Все дело в химии», – добавил Миркин, который также является директором Северо-западного международного института нанотехнологий.
В многопрофильную команду Миркина также входят Винаяк Дравид, профессор материаловедения и инженерии Абрахама Харриса из McCormick.
По данным Американского химического совета, на катализ составляет более 35% мирового валового внутреннего продукта. Новые катализаторы могут быть массовыми и без использования лигандов, что может снизить каталитическую активность. Процесс, позволяющий создавать как новые катализаторы, так и повторно использовать отработанные катализаторы, является быстрым и масштабируемым.
Миркин сказал, что технология, возможно, будет недалеко от коммерческого использования. «Этот тип технологии готов к расширению и широкому использованию в сообществе катализа», – сказал он.