Ученые ФИЦ «Институт катализа СО РАН» обнаружили парадоксальный эффект окислительных обработок на термическую стабильность субнаночастиц платины. Они показали возможность целенаправленного изменения размера, структуры и свойств этих уникальных объектов. Полученные результаты могут быть полезны для оптимизации промышленных процессов, которые проводят на ультрадисперсных металлических катализаторах.
Изменение состояния активного компонента катализаторов платинового катализатора при различных обработках. Источник: ФИЦ «Институт катализа СО РАН»
Если частица металла состоит всего из нескольких единиц или нескольких десятков атомов, она приобретает особые свойства и может кардинально отличаться от обычных наночастиц. Такие субнанокластеры вызывают большой научный интерес и применяются на практике в различных областях — от микроэлектроники до катализа. Все современное производство высокооктанового бензина базируется на катализаторах, в которых нанокластеры платины закреплены на поверхности хлорированного оксида алюминия.
«Хорошо известно, что кластеры платины в таких катализаторах проявляют высокую устойчивость к спеканию при термических обработках в восстановительных и инертных средах, а под действием кислорода и высокой температуры легко распадаются на отдельные атомы. Мы впервые показали, что кислород может играть двоякую роль, и, в зависимости от условий окислительных обработок, происходит как диспергирование нанокластеров на отдельные атомы, так и их укрупнение. Последнее сопровождается сильным изменением структуры кластера и реакционной способности адсорбированных частиц», — рассказывает ведущий научный сотрудник отдела материаловедения и функциональных материалов д.х.н. Александр Лисицын.
Как отмечает соавтор работы, ведущий научный сотрудник отдела исследования катализаторов к.ф.-м.н Евгений Герасимов, проведенная работа позволила получить данные для управления состоянием активного компонента.
«Самое интересное, что мы научились управлять состояниями атомов и частиц. Зная исходное состояние, мы можем привести систему в любое другое, которое нам требуется, а затем вновь вернуться к исходному. Также известно, что в различных каталитических реакциях есть размерные эффекты — соответственно, мы можем установить нужную скорость реакции при знании размеров частиц. Здесь есть перспективы для дальнейшего практического применения. И, что важно, мы определили действующие факторы и условия, при которых можно контролировать переход от крупных частиц в кластеры, одиночные атомы и т.д.», — говорит он.
Источник информации и фото: ФИЦ «Институт катализа СО РАН»