Наноразмерное покрытие ускоряет работу катализаторов на основе наночастиц золота

Исследователи из Токийского столичного университета разработали способ добавления отдельных нанолистов смешанного оксида металла к наночастицам золота на основе диоксида кремния для повышения их каталитической активности.

Преобразуя монооксид углерода в диоксид углерода, они обнаружили, что температура, необходимая для реакции, значительно снижается, что существенно улучшает существующие методы покрытия структур из золота и кремния. Этот метод открывает путь к созданию широкого спектра новых высокоэффективных катализаторов.

Известно, что наночастицы золота — частицы диаметром менее пяти нанометров — являются отличными катализаторами химических реакций, в частности реакций окисления, таких как превращение вредного угарного газа в диоксид углерода. Эффект ярко выражен, когда они установлены на металлических оксидах, таких как оксид кобальта, которые с большей вероятностью подвергнутся противоположной реакции, то есть восстановительным оксидам. К сожалению, не все металлические оксиды являются восстановимыми. Наночастицы, установленные на невосстанавливаемых оксидах, таких как диоксид кремния, например, не являются эффективным катализатором. Учитывая изобилие кремнезема на нашей планете, способ улучшить характеристики таких материалов значительно ускорил бы их промышленное использование.

Это заставило ученых искать способы модификации поддерживаемых катализаторов для повышения их эффективности. Теперь команда под руководством доцента Тамао Ишиды из Токийского столичного университета разработала метод осаждения отдельных нанолистов смешанных оксидов металлов (MMOs) с помощью слоистых двойных гидроксидов (LDHs). LDH состоят из нанолистов гидроксида металла, в которых часть ионов металла заменена на ионы металла с более высоким зарядом, что придает самому листу чистый положительный заряд; листы связаны между собой отрицательными ионами. Важно, что отдельные нанолисты можно отшелушивать и использовать по отдельности. В данном исследовании команда покрыла золотые наночастицы на основе диоксида кремния — отрицательно заряженной структуры — положительно заряженными нанолистами LDH, состоящими из алюминия и ряда других металлов, а затем подвергла их воздействию высоких температур (прокаливанию), чтобы сформировать нанослой MMO.

Наблюдая за своим новым катализатором с помощью просвечивающей электронной микроскопии, они обнаружили, что наночастицы покрыты слоем толщиной менее одного нанометра. Чтобы проверить их эффективность, команда использовала их для преобразования монооксида углерода в диоксид углерода. В то время как наночастицы золота на диоксиде кремния имели скорость превращения около 20% даже при температуре 300 градусов Цельсия, новый катализатор показал скорость превращения 50% при температуре всего 50 градусов, то есть более чем на 250 градусов меньше. Также было обнаружено, что он превосходит популярные методы «пропитки» для нанесения покрытия MMO. Интересно, что более толстые слои ММО привели к ухудшению характеристик: высокая эффективность достигается за счет субнанометрового покрытия. При более детальном рассмотрении кобальт-алюминиевого слоя MMO было обнаружено обилие кислородных дефектов в слое; команда пришла к выводу, что тесная синергия между этим заполненным дефектами слоем и золотой поверхностью и привела к повышенной активности.

Новый катализатор показал выдающиеся результаты при очень низком содержании кобальта — менее 0,3% масс. Полученные результаты открывают путь для применения в широком спектре других материалов и создания целого семейства новых высокоэффективных катализаторов.

02.03.2024


Подписаться в Telegram



Нано

JACS: Инфракрасное облучение заставляет атомы «танцевать румбу»
JACS: Инфракрасное облучение заставляет атомы «танцевать румбу»

Когда молекулы облучают инфракрасным светом, о...

ACS Applied Nano Materials: Наноструктуры Au-BiFeO3 сделают планету чище
ACS Applied Nano Materials: Наноструктуры Au-BiFeO3 сделают планету чище

Потребность в устойчивых и экологичн...

ASC Nano: Ученые придумали, как свернуть нанолист в рулончик
ASC Nano: Ученые придумали, как свернуть нанолист в рулончик

Исследователи из Токийского столичного ун...

Nano Letters: Вибрирующие нанопузырьки помогут усовершенствовать очистку воды
Nano Letters: Вибрирующие нанопузырьки помогут усовершенствовать очистку воды

Новое исследование физики вибрирующих нанопузы...

Nature Nanotechnology: Замена асбеста в строительстве оказалась не менее опасной
Nature Nanotechnology: Замена асбеста в строительстве оказалась не менее опасной

Патогенный потенциал вдыхания инертных волокни...

Nano Letters: Уязвимость ГЭБ у пациентов с Альцгеймером используют для лечения
Nano Letters: Уязвимость ГЭБ у пациентов с Альцгеймером используют для лечения

Нейродегенеративными заболеваниями, такими как...

Electrochemistry Communications: Из нанопагод ZnO разработан фотоэлектрод
Electrochemistry Communications: Из нанопагод ZnO разработан фотоэлектрод

Исследовательская группа, состоящая из со...

LS&A: Исследователи усилили передачу сигнала в перовскитовых нанолистах
LS&A: Исследователи усилили передачу сигнала в перовскитовых нанолистах

Перовскитовые материалы по-прежнему вызывают б...

Nature Communications: В модельном организме ученые нашли наноструктуры
Nature Communications: В модельном организме ученые нашли наноструктуры

У всех представителей животного царства есть ж...

PNAS: Ученые применили нанотехнологии для понимания поведения опухолей
PNAS: Ученые применили нанотехнологии для понимания поведения опухолей

Исследование, проведенное докторантом Пабло С....

Small: Форма пропеллера поможет обуздать движение наночастиц
Small: Форма пропеллера поможет обуздать движение наночастиц

Самодвижущиеся наночастицы потенциально могут ...

Science Advances: Нанопластики способствуют развитию болезни Паркинсона
Science Advances: Нанопластики способствуют развитию болезни Паркинсона

Нанопластики взаимодействуют с особым бел...

Nature Materials: Из наночастиц и ДНК ученые собрали квазикристалл
Nature Materials: Из наночастиц и ДНК ученые собрали квазикристалл

Наноинженеры создали квазикристалл &mdash...

Physical Review Fluids: Волновую механику применили в нанометровом масштабе
Physical Review Fluids: Волновую механику применили в нанометровом масштабе

Исследователи показали, что принципы рабо...

Исследователи создали нанопленку, укрощающую огонь
Исследователи создали нанопленку, укрощающую огонь

Высокотемпературное пламя используется для&nbs...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Applied Catalysis: MXene поможет получать экономически выгодный зеленый водород
Applied Catalysis: MXene поможет получать экономически выгодный зеленый водород
35% переболевших коронавирусом в течение года столкнулись с ухудшением здоровья
35% переболевших коронавирусом в течение года столкнулись с ухудшением здоровья
Science Immunology: Воспаление мозга вызывает мышечную слабость после инфекций
Science Immunology: Воспаление мозга вызывает мышечную слабость после инфекций
Acta Biomaterialia: Гидрогель поможет понять механизм развития Альцгеймера
Acta Biomaterialia: Гидрогель поможет понять механизм развития Альцгеймера
CSAA: Как восстановить мир в городе после конфликта — проблемы и перспективы
CSAA: Как восстановить мир в городе после конфликта — проблемы и перспективы
Новая технология фотоэлектрических модулей оптимизирована для городских условий
Новая технология фотоэлектрических модулей оптимизирована для городских условий
Nature Ecology & Evolution: Всеобщий предок LUCA оказался старше, чем считалось
Nature Ecology & Evolution: Всеобщий предок LUCA оказался старше, чем считалось
ИИ лучше клинических тестов справился с прогнозом течения болезни Альцгеймера
ИИ лучше клинических тестов справился с прогнозом течения болезни Альцгеймера
International Journal of Hydrogen Energy: К 2045 году будем летать на водороде
International Journal of Hydrogen Energy: К 2045 году будем летать на водороде
IEEE Access: Ученые открыли доступ к данным о работе электрических сетей
IEEE Access: Ученые открыли доступ к данным о работе электрических сетей
Нанопластики нарушают структуру и функциональность белков в грудном молоке
Нанопластики нарушают структуру и функциональность белков в грудном молоке
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Cell: Впервые восстановлена трёхмерная структура хромосом шерстистого мамонта
Cell: Впервые восстановлена трёхмерная структура хромосом шерстистого мамонта
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным

Новости компаний, релизы

Ведущие игроки агрорынка представят новинки на «Дне поля» в Агробиотехнопарке Казанского ГАУ
Межсетевой экран защитит компьютерные системы от киберугроз
Университет МИСИС будет готовить специалистов в сфере квантовых технологий
Казанский ГАУ запускает подготовку специалистов по экологии и природопользованию
40% профессионалов предпочитают работать удаленно с дачи