Специалисты из Сколковского института науки и технологий исследовали, как физические характеристики сверхтонкой оболочки из платины в нанокатализаторах могут быть изменены при помощи выбранного состава и структуры металлического ядра. Это открытие дает возможность разработать более эффективные катализаторы для водородной энергетики и очистных систем, тем самым снижая использование дефицитной платины.
В центре исследования оказались наночастицы, состоящие из металлического ядра, окруженного ультратонким слоем платины. Платина, как известный катализатор, обладает высокой активностью, однако её стоимость и ограниченные запасы создают потребность в более эффективных решениях. Установлено, что модифицируя ядро, можно точно изменять свойства платиновой оболочки, не прибегая к изменениям в самой платине. С помощью компьютерного моделирования, основанного на теории функционала электронной плотности, проект Team проанализировал, как разные металлы в ядре — включая серебро, золото, медь, иридий, палладий, родий и рутений — влияют на каталитическую активность платинового слоя. Исследование также охватывало высокоэнтропийные сплавы и сравнение различных структур ядер. По словам Ильи Чепкасова, ведущего автора исследования и старшего научного сотрудника Центра технологий материалов, результаты показывают, что ядро наночастицы может существенно изменять свойства платиновой оболочки. Через изменение химического состава и состояния ядра можно управлять реакционной способностью поверхности платины, что открывает новые горизонты в разработке катализаторов. Научные изыскания выявили, что ядро воздействует на платиновую оболочку через несколько механизмов: распределение электронов и механическое напряжение в атомной решетке играют ключевые роли в настройке химической активности. Например, ядро из меди увеличивает насыщенность электронов в платине, что важным образом улучшает её взаимодействие с кислородом — основной реакцией в топливных элементах.
Александр Квашнин, профессор Центра технологий материалов, отметил, что сочетание состава ядра и его структурного состояния представляет два мощных инструмента для оптимизации характеристик катализаторов. Такой подход становится основой для создания новых систем, требующих минимального количества платины. Практическим выводом из работы является необходимость использования ультратонкой платиновой оболочки, толщиной в один атом. Это усилит воздействие ядра и обеспечит максимальную эффективность работы каждого атома платины, что может существенно снизить стоимость катализаторов без потери их функциональных характеристик.
Источник:
