Результаты исследований ученых из Сколтеха помогут «настраивать» каталитические свойства наночастиц

Москва, 14 ноя - ИА Neftegaz.RU. Ученые из международного университета Сколтех выяснили, что каталитические свойства биметаллических наночастиц, т.е. свойство материала ускорять или замедлять химическую реакцию без непосредственного участия в ней, можно «настраивать», изменяя структуры частиц.
Об этом сообщила пресс-служба Сколтеха.

Наночастицы - это?

• это частицы размером от 1 до 100 нанометров (нм);
• 1 нанометр равен одной миллиардной части метра.

Однако термин иногда используют для более крупных частиц, до 500 нм, или волокон и трубок, которые имеют длину менее 100 нм только в 2^х направлениях.
В самом низком диапазоне частиц металла размеров менее 1 мн обычно называют атомными кластерами.

Наночастицы обладают уникальными свойствами, благодаря которым их активно используют.
Например, при диагностике рака, создании компактных электронных устройств, проектировании солнечных батарей и др. сферах.

Любопытно, что ученые из России представили способ добычи большего количества нефти с помощью наночастиц.
Они позволили быстрее и эффективнее отделять полезное ископаемое от грунта и воды.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Physical Review B, ученые Сколтеха выяснили, что каталитические свойства биметаллических наночастиц можно «настраивать», изменяя структуры частиц.

Биметаллические частицы или все-таки наночастицы?

Наибольший интерес сегодня представляют биметаллические core-shell частицы (от англ. core - ядро и shell - оболочка):

• таких частицах ядро и оболочка состоят из разных металлов.

В исследовании изучали 3 вида наночастиц:

• с ядром из меди и оболочкой из золота;
• с ядром из золота и оболочкой из меди;
• обычные наночастицы из сплава золота и меди.

В отличие от core-shell частиц, структура обычных биметаллических наночастиц не упорядочена.

Тезисы 1^го автора работы, научного сотрудника Лаборатории дизайна материалов И. Чепкасова:

• мы смотрели, как изменение соотношения между ядром и оболочкой может менять электронные состояния на поверхности;
• эти изменения влияют на силу связывания между наночастицей и молекулой CO;
• мы пришли к выводу, что можно изменить энергию адсорбции - или точнее хемисорбции, т.е. химического связывания атомов и молекул газов с поверхностью кристалла или наночастицы, в 2 раза по отношению к чистому металлу посредством тонкой настройки соотношения между ядром и оболочкой наночастицы.

Исследования проводили в несколько этапов с использованием теории функционала электронной плотности:

• на 1^м этапе из наночастиц размером в 2 нм сконструировали core-shell частицы с различным соотношением ядра и оболочки и проанализировали, как меняется поверхностный заряд в зависимости от этого соотношения;
• далее исследователи посчитали адсорбцию молекул CO и кислорода на поверхности наночастиц и показали, как можно изменять адсорбционные свойства наночастиц посредством изменения поверхностного заряда, связанного с настройкой их структуры.

Тезисы руководителя исследования, профессора Проектного центра по энергетическому переходу А.Квашнина:

• полученные фундаментальные закономерности будут использованы в дальнейшем для разработки моделей искусственного интеллекта,
• они позволят эффективно предсказывать адсорбционные и каталитические свойства биметаллических наночастиц в процессе высокопроизводительного скрининга новых материалов с заданными свойствами.

Результаты работы показывают, что тонкая «настройка» структуры наночастиц приводит к подбору необходимых каталитических свойств наночастиц, что позволит контролировать работу катализатора.
С практической точки зрения это поможет увеличить эффективность работы по очистке газов.
Например, чтобы очистить технические газы от высокотоксичного СО и сделать их безопасными.



Автор: П. Паршинова