Учёные из Сколтеха открыли способ дистанционно «настраивать» сверхтонкий слой платины в катализаторах, меняя лишь состав и структуру их металлического ядра.

Учёные из Сколтеха открыли способ дистанционно «настраивать» сверхтонкий слой платины в катализаторах, меняя лишь состав и структуру их металлического ядра. Работа опубликована в журнале Materials Today Energy:

Главная проблема современных катализаторов — необходимость использования большого количества платины, что делает технологии дорогими и зависимыми от ограниченного ресурса. Учёные давно ищут способ сохранить каталитическую активность, но резко сократить содержание драгоценного металла.

Решение нашлось в наночастицах типа «ядро–оболочка», где ядро из одного или нескольких металлов покрыто слоем платины толщиной всего в один атом. Оказалось, что, меняя состав ядра (серебро, золото, медь, иридий и др.) и его внутреннюю структуру (кристаллическую или аморфную), можно дистанционно управлять свойствами платиновой поверхности.

Главная особенность метода — возможность использовать высокоэнтропийные сплавы, где ядро состоит сразу из семи разных металлов. Это даёт ещё более тонкую и гибкую настройку каталитических свойств.

«Полученные результаты устанавливают принципы рационального дизайна катализаторов. Комбинация состава ядра — будь то переходный металл или высокоэнтропийный сплав — и его структурного состояния представляет собой два независимых и мощных параметра для точной оптимизации каталитической активности, стабильности и селективности. Это создаёт основу для разработки следующего поколения высокоэффективных систем с минимальным содержанием платины», — поделился соавтор и научный руководитель исследования Александр Квашнин, профессор Центра технологий материалов Сколтеха, руководитель Лаборатории промышленно-ориентированного поиска материалов в Сколтехе.

При проведении исследования впервые была подробно изучена роль аморфной, то есть неупорядоченной, структуры ядра в сравнении с традиционной кристаллической.

«Наше исследование демонстрирует, что ядро наночастицы выполняет функцию активного модулятора свойств платиновой оболочки. Посредством варьирования химического состава и кристаллического состояния ядра мы получаем прямой контроль над электронной структурой и реакционной способностью поверхности платины», — поясняет ведущий автор работы Илья Чепкасов, старший научный сотрудник Центра технологий материалов Сколтеха.

Практический вывод работы состоит в том, что платиновую оболочку нужно делать максимально тонкой. Это шаг к доступной водородной энергетике и экологичному транспорту без потери в производительности.

Прочесть больше об исследовании можно на сайте Сколтеха: