Канадские ученые оценили стабильность металлических наноразмерных электрокатализаторов, которые часто используются для очистки воды и воздуха. Исследователи показали, что за счет перегруппировки атомов такие катализаторы могут утрачивать свою стабильность, что способно приводить к полному разложению. Статья опубликована в журнале Nature Catalysis.
Химики из Университета Уотерлу исследовали структуры сложных катализаторов, известных как «наноразмерные электрокатализаторы», и обнаружили, что они не так стабильны, как считали ученые. Оказалось, что по мере прохождения электричества через катализатор его атомы могут перегруппировываться, что способно привести к полному разложению катализатора. Понимание этого процесса крайне важно для использования наноразмерных электрокатализаторов для восстановления окружающей среды. Например, для удаления атмосферного углекислого газа и загрязнителей грунтовых вод и их преобразования в ценные продукты, такие как топливо.
«Современные электрокатализаторы состоят из сложных наноразмерных структур, оптимизирующих их эффективность, — говорит соавтор исследования Анна Клинкова. — Однако мы обнаружили, что превосходные характеристики этих сложных наноматериалов часто достигаются за счет их постепенной структурной деградации».
Ученые выяснили, что перегруппировка атомов в катализаторе зависит от типа металла, первоначальной структуры и условий реакции. Некоторые небольшие молекулы могут временно прикрепляться к поверхности катализатора и уменьшать энергию, необходимую для движения атома по поверхности. В других случаях узкие области внутри катализатора концентрируют ток, заставляя атомы металла перемещаться за счет процесса электромиграции. Ранее электромиграция была обнаружена в микроэлектронике, но это первый раз, когда она была связана с наноразмерными катализаторами.
Результаты работы дают основу для оценки стабильности наноразмерных катализаторов. Обнаруженные структурные эффекты могут быть использованы для проектирования будущих катализаторов и максимизации их стабильности.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
