МОСКВА, 9 апреля. /ТАСС/. Исследователи из России впервые детально изучили то, как меняется структура и форма наночастиц катализаторов из иридия и палладия при их нагреве до высоких температур. Собранные исследователями сведения помогут разработать более долговечные нанокатализаторы, сообщила пресс-служба «Сколтеха» (входит в группу ВЭБ.РФ).
«У наночастиц температура плавления значительно ниже, чем у объемного материала палладия или иридия. Если каталитическая реакция проходит при высоких температурах, то частицы могут плавиться, то есть превращаться из кристаллической структуры в аморфную. Наша идея была в том, чтобы посмотреть, как изменятся свойства катализатора, если частица перейдет в аморфное состояние», — пояснил старший научный сотрудник «Сколтеха» Илья Чепкасов, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Как отмечают Чепкасов и его коллеги, многие катализаторы, широко используемые в химической промышленности, состоят из драгоценных и редких металлов, таких как золото, палладий, иридий или рутений. Их запасы на поверхности Земли сильно ограничены, что вынуждает ученых искать способы повышения эффективности работы этих катализаторов. В частности, их «упаковка» в наночастицы значительным образом повышает КПД этих ускорителей реакций.
Химические и физические свойства этих материалов сильно зависят от размеров и формы наночастиц из палладия, иридия и прочих драгоценных металлов, что необходимо учитывать при создании катализаторов на их базе. Для получения подобных сведений ученые из «Сколтеха» и Хакасского государственного университета под руководством профессора «Сколтеха» Александра Квашнина просчитали на атомарном уровне то, как меняются взаимодействия наночастиц с разными молекулами при разных условиях и форме их поверхности.
В исследовании авторы просчитали свойства нескольких типов многослойных наночастиц из иридия и палладия, в которых слои металлов были расположены в разном порядке. Аналогичным образом ученые изучили поведение и электрохимические свойства наночастиц из сплавов этих драгоценных металлов при разных температурах и размерах этих наноструктур, а также при переходе части этих частиц в аморфное состояние.
Данные расчеты показали, что тип наночастицы, а также соотношение толщины ее оболочки и ядра, существенным образом влияли на поверхностный заряд — один из ключевых параметров, влияющих на взаимодействия катализатора с другими молекулами. При этом особенности структуры наночастиц, в том числе наличие в них аморфных регионов, почти не влияют на поверхностный заряд, что необходимо учитывать при разработке катализаторов, работающих при высоких температурах, подытожили ученые.
