Группа исследователей под руководством Александра Квашнина из Сколтеха и Хакасского государственного университета изучила, как наночастицы иридия и палладия могут изменять свойства катализаторов при несильной деградации и переходе в аморфное состояние. Результаты В журнале Journal of Catalysis опубликованы исследования, помогающие глубже разобраться в устройстве важных катализаторов для реакций выделения кислорода и водорода, а также восстановления кислорода.
Переход от микро- к наноразмерным частицам влечет за собой существенные изменения физических и химических свойств материала. В наночастицах количество атомов на поверхности и в объеме практически одинаково. Благодаря этому, на свойства оказывают наибольшее влияние квантовые эффекты, описываемые законами квантовой физики. Наночастицы применяются практически повсеместно — в системах доставки лекарств, LED-экранах, химических удобрениях и др.
Наносплавы палладия и иридия являются важными катализаторами для многих органических реакций и используются при окислении угарного газа. Важно изучать, что происходит с частицами на атомарном уровне, поскольку в реальных экспериментах сложно определить состав поверхности этих биметаллических наночастиц, образуют ли они оболочку и какой тип оболочки выгоднее с точки зрения энергии, — отметил профессор Проектного центра по энергопереходу Александр Квашнин.
Геометрическое строение играет ключевую роль в понимании каталитических свойств нанокатализаторов. Авторы исследования проанализировали наночастицы иридия и палладия типа «ядро-оболочка» с разной химической последовательностью: ядро — иридий, оболочка — палладий и наоборот, а также сплавы иридия и палладия. Работа посвящена изучению влияния состава, структуры (кристаллическая или аморфная) и локального атомного окружения наночастиц размером 2 нм на электронные свойства и распределение заряда.
Наночастицы плавятся при температурах ниже, чем объёмные материалы палладия или иридия. Если каталитическая реакция протекает при высоких температурах, частицы могут перейти из кристаллической в аморфную структуру. Большинство исследований посвящено изучению свойств кристаллических структур. Цель работы — выяснить, как меняются свойства катализатора после перехода частицы в аморфное состояние.
Тип наночастицы иридия и палладия, а также толщина оболочки по отношению к ядру оказывают существенное влияние на поверхностный заряд. Наночастицы с ядром из иридия, покрытым оболочкой палладия, содержат много электронов, перетекающих с ядра на поверхность, формируя отрицательный заряд. Тип структуры наночастиц — кристаллическая или аморфная — практически не влияет на поверхностный заряд.
Источник информации: Сколтех
Источник фото: ru.123rf.com