Японские и китайские ученые разработали способ добавления отдельных нанолистов оксида металла к наночастицам золота, нанесенным на диоксид кремния. Получившаяся структура оказалась эффективным катализатором, который повысил конверсию превращения угарного газа в углекислый с 25% до 50. Требуемая для реакции температура снизилась с 300 °С до 50. Исследование опубликовано в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.
Наночастицы золота диаметром меньше 5 нанометров эффективно катализируют химические реакции. Особенно золото помогает протекать реакциям окисления, например превращению угарного газа в углекислый газ. Эти катализирующие наночастицы работают только в том случае, если они нанесены на оксид металла. Однако если золото нанесено на невосстанавливаемые оксиды, которые не присоединяют к себе электроны, оно не поможет протеканию химической реакции. Так происходит с диоксидом кремния.
Учитывая, что на Земле находятся огромные запасы кремнезема, японские и китайские ученые решили улучшить характеристики этого материала. Команда разработала метод нанесения одиночных нанолистов смешанных оксидов металлов с использованием слоистых двойных гидроксидов (LDHs). Последние состоят из нанолистов гидроксида металла, в которых некоторые ионы металла заменены ионами с более высоким зарядом. Тем самым они придают листу суммарный положительный заряд. Отдельные нанолисты можно отслаивать и использовать по одиночке, а вместе они связаны отрицательными ионами.
Наночастицы золота нанесены на кремнезем — отрицательно заряженную структуру. Исследователи покрыли наночастицы положительно заряженными нанолистами LDHs, состоящими из алюминия в сочетании с магнием, кобальтом, никелем или цинком, и прокалили их. Так образовался нанослой смешанных оксидов металлов, покрывающий наночастицы золота. Ученые решили проверить их эффективность и использовали наночастицы для преобразования угарного газа в углекислый. Новый катализатор показал 50%-ный коэффициент конверсии всего при 50 °С, в то время как прежний катализатор имел коэффициент конверсии 25% при 300 °С. Команда пришла к выводу, что тесное взаимодействие поверхности золота и нанослоя смешанных оксидов с кислородными дефектами привело к повышенной активности катализатора.
Новое соединение показало высокие характеристики при низком содержании металла кобальта — менее 0,3% по массе. Катализатор с дополнительный нанослоем эффективнее проводит химические реакции и снижает ее температуру на 200 °С. По словам авторов, полученные результаты позволят применить наночастицы золота в реакциях с другими материалами, а также пополнить семейство высокоэффективных катализаторов.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
