Японские ученые установили, как водород и монооксид углерода сорбируются в твердых металлических кластерах, содержащих структуру в виде «короны» из атомов платины и золота. Полученные результаты могут быть использованы при разработке газоразделительных устройств и газовых датчиков. Исследование опубликовано в журнале Nanoscale.
Свойства металлических кластеров — объектов, состоящих из нескольких (от единиц до десятков) атомов металла, — отличаются от свойств объемного металла. Характеристики таких кластеров зависят от числа атомов и их геометрической структуры. Эта зависимость обусловлена квантовыми эффектами, которые проявляются благодаря малым размерам кластеров. Металлические кластеры, связанные с различными лигандами, обладают уникальными оптическими свойствами, проявляют фотолюминесценцию, магнетизм, окислительно-восстановительную активность и представляют большой интерес для химиков при разработке новейших материалов. Одно из многообещающих применений — использование платиносодержащих кластеров для ускорения получения водорода. Особенно важная тема исследований — изучение переноса газа в металлических кластерах.
Группа японских ученых исследовала сорбцию — процесс поглощения твердым телом или жидкостью различных веществ из газовой фазы или жидкого раствора — водорода (H2) и монооксида углерода (CO) на металлическом кластере [PtAu8(PPh3)8]-H[PMo12O40] с сокращенным названием PtAu8-PMo12. Атом платины расположен в центре среди восьми атомов золота, благодаря чему структуру соединения называют «короной». С помощью передовых методов, в том числе рентгеновской спектроскопии, ученые в реальном времени наблюдали динамику адсорбции газов на такой структуре. В результате ученые определили различия в сорбции газов и влияние сорбции на атомную структуру твердого тела.
Исследователи установили, что оба газа успешно связываются с атомом платины, радикально изменяя окружающую атомную структуру и электронное состояние. Ключевым процессом адсорбции является диффузия — взаимное проникновение частиц одного вещества в другое. Сорбция водорода происходит быстрее сорбции монооксида углерода: PtAu8-PMo12 состоит из пустот, соединенных ультратонкими каналами — благодаря малому размеру молекулы водород смог быстрее диффундировать по этим каналам. Однако ученые наблюдали десорбцию водорода — процесс, при котором ранее адсорбированное вещество высвобождается с поверхности. Монооксид углерода связывается с атомом платины прочнее и не десорбируется.
Авторы исследования подчеркивают важность изучения диффузии в пустотах как ключевой составляющей понимания структурных изменений и переноса газов в твердых телах. Создание пустот в композитных кластерах может сыграть важную роль в разработке газоразделительных устройств и/или газовых датчиков.
Автор: Елизавета Логутенкова.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
