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...

Ученые разработали нанотатуировки для наблюдения за клетками
Ученые разработали нанотатуировки для наблюдения за клетками

Инженеры разработали наноразмерные татуировки&...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Biology Methods and Protocols: В борьбу с раком бросают искусственный интеллект
Biology Methods and Protocols: В борьбу с раком бросают искусственный интеллект
JCI: Тяжелая форма COVID-19, возможно, связана с аутоантителами
JCI: Тяжелая форма COVID-19, возможно, связана с аутоантителами
Разгадана тайна снижения производительности перспективного катодного материала
Разгадана тайна снижения производительности перспективного катодного материала
Каждый четвертый родитель говорит, что ребенок не может уснуть из-за тревоги
Каждый четвертый родитель говорит, что ребенок не может уснуть из-за тревоги
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
Scientific Reports: Реакция на происходящее влияет на понимание будущих событий
Scientific Reports: Реакция на происходящее влияет на понимание будущих событий
Богатый белком рацион меняет микробиом кишечника и общее состояние организма
Богатый белком рацион меняет микробиом кишечника и общее состояние организма
IEEE: Экзоскелет поможет перенесшим инсульт вернуться к нормальной жизни
IEEE: Экзоскелет поможет перенесшим инсульт вернуться к нормальной жизни

Новости компаний, релизы

Биохимики СПбГУ выяснили, что гипоксия плода в сочетании со стрессом матери может приводить к никотиновой зависимости
Новая "Кантиана" поможет студентам быстрее адаптироваться к калининградскому климату
Российские ученые предложили тушить пожары с помощью газогидратного огнетушителя
Минералоги СПбГУ нашли на острове Диско возможный источник фосфора для возникновения первых живых организмов
Московский Политех внедряет ИИ для повышения эффективности приемной кампании и трансформации обучения