Они создали золотые катализаторы с шероховатой поверхностью на атомном уровне, которые ускоряют окисление этанола — ключевую реакцию в спиртовых топливных элементах.

Результаты опубликованы в Science Bulletin, и они могут изменить подход к разработке таких устройств.

Сейчас лучшие катализаторы для этой реакции — платина и палладий, но у них есть проблема: промежуточные продукты слишком прочно прилипают к поверхности, блокируя активные центры. Чтобы решить это, ученые пробуют разные методы — сплавы, наночастицы особой формы, модификацию поверхности.

Команда из Института инженерных процессов Китайской академии наук и Университета Яньшань решила совместить два подхода: создать шероховатую поверхность с большим количеством активных центров и использовать эффект соседних атомов золота, которые меняют электронные свойства катализатора. Сначала они синтезировали сплавы золота с палладием или серебром, а затем добавили на их поверхность еще один металл — палладий, платину или медь.

Электронная микроскопия и спектроскопия подтвердили, что получились наночастицы с нужной структурой.

Электрохимические тесты показали, что частицы AuPd-Pt работают лучше всех: их удельная активность в 14,9 мА/см², а массовая — 28,5 А/мг, что превосходит даже коммерческие катализаторы на основе палладия.

Дальнейший анализ выявил интересный нюанс: реакция идет не до конца, образуя ацетат вместо углекислого газа. Это не недостаток, а преимущество — такой путь требует меньше энергии и меньше засоряет катализатор.

Мы не только нашли новый способ создания шероховатых поверхностей, но и лучше поняли, как проектировать наноструктуры для катализа, — говорит профессор Цзюнь Ян.

Пока исследование не охватило все аспекты: например, не измеряли точный выход продуктов реакции. В будущем добавят хроматографию и другие методы для полного анализа.

Этот метод позволяет:

• Увеличить эффективность топливных элементов, снизив затраты на катализаторы.
• Уменьшить «отравление» катализатора промежуточными продуктами.
• Понять, как управлять реакцией, выбирая между полным и неполным окислением.

Хотя результаты впечатляют, авторы не проверили долговечность катализатора в реальных условиях. Топливные элементы работают годами — а тесты могли длиться лишь часы.

Ранее ученые раскрыли секрет каталитической эффективности платины.