(techexplorist.com) - Каталитическая активность одноатомных катализаторов (single-atom catalysts, SAC) на металлургических заводах ухудшается в нескольких важных для промышленности реакциях, таких как дегалогенирование, окисление CO и гидрирование. Для преодоления таких ограничений был разработан расширенный набор катализаторов из кластеров металлов.
Катализаторы, состоящих всего из нескольких атомов, имеет огромные перспективы для очистки воды, благодаря их высокой эффективности. В недавнем исследовании ученые выяснили, как улучшить функциональность этих катализаторов и сделать их полезными для практического использования.
В течение последних нескольких десятилетий наноразмерные катализаторы вызвали большой интерес применительно к очистке воды. Они обладают широким спектром уникальных и полезных свойств. В последнее время ученые начали исследовать возможности одноатомных катализаторов. Эти катализаторы, которые намного меньше, чем наноразмерные, могут обеспечить еще большую эффективность.
Поскольку материалы, часто используемые для производства катализаторов, могут быть дорогостоящими, эффективность имеет решающее значение. Например, палладий (сейчас продается по цене около 2000 долларов за унцию) — это металл, который часто используется в катализаторах. Краткое сравнение объясняет, почему одноатомные катализаторы так популярны. Пятьдесят нанометров палладия, которые стоят около 37 долларов, могут покрыть площадь около 250 квадратных метров в наноразмерной форме. Только около 2% его атомов видны на поверхности. В одноатомной форме палладий стоит всего 17 центов, чтобы покрыть площадь, превышающую 50 футбольных полей. И его эффективность оценивается высоко со 100% воздействием атомов на поверхность.
Ким (Kim), старший научный сотрудник факультета химической и экологической инженерии Йельского университета, сказал: «Раньше у нас не было такой возможности, но теперь мы попросту говоря кладем одноатомные металлы, атом за атомом, на основу. И это здорово, потому что можно использовать все атомы».
Он добавил: «Но они проявляют свойства, больше похожие на один атом, потому что они представляют собой маленький кластер, и на поверхности все атомы подвергаются воздействию».
Ким продолжил: «В конечном счете, мы надеемся получить высокоэффективное устройство с этим катализатором для уничтожения загрязняющих веществ в воде, потому что оно будет намного дешевле и эффективнее, чем девайсы из других материалов».
Ученые из Йельской школы инженерии и прикладных наук изобрели метод с использованием катализатора из атомов палладия, который снижает канцерогенный бромат в воде. Они добавили неметаллические серу, азот и бор в окружение атомов из кластера металлов. Общие результаты показали, что каталитическая производительность системы улучшилась. По мнению ученых, это положительный показатель, тем более что очистка воды должна быть максимально рентабельной.
Ограничение одноатомных катализаторов заключается в том, что определенные обстоятельства могут снизить их каталитическую активность. Для устранения этого недостатка исследователи приступили к разработке катализаторов из кластеров металлов, представляющих собой микроскопические группы атомов. Эти кластеры состоят всего из трех или четырех атомов, в отличие от тысяч атомов в наноматериалах.
Исследователи все еще ищут наилучшие способы управления свойствами этих совокупных структур и повышения их производительности, потому что такая структура материала все еще является относительно новой. Например, добавление определенных элементов к металлам может улучшить полностью изолированные одноатомные катализаторы. Ким и его команда обнаружили, что атомы из кластеров металлов могут быть изменены таким же образом. Их статья является первой, исследующей эту возможность.
Результат показывает, что контроль CE SAC в конфигурации кластеров является потенциальным методом оптимизации и повышения каталитической активности.
Катализаторы, состоящих всего из нескольких атомов, имеет огромные перспективы для очистки воды, благодаря их высокой эффективности. В недавнем исследовании ученые выяснили, как улучшить функциональность этих катализаторов и сделать их полезными для практического использования.
В течение последних нескольких десятилетий наноразмерные катализаторы вызвали большой интерес применительно к очистке воды. Они обладают широким спектром уникальных и полезных свойств. В последнее время ученые начали исследовать возможности одноатомных катализаторов. Эти катализаторы, которые намного меньше, чем наноразмерные, могут обеспечить еще большую эффективность.
Поскольку материалы, часто используемые для производства катализаторов, могут быть дорогостоящими, эффективность имеет решающее значение. Например, палладий (сейчас продается по цене около 2000 долларов за унцию) — это металл, который часто используется в катализаторах. Краткое сравнение объясняет, почему одноатомные катализаторы так популярны. Пятьдесят нанометров палладия, которые стоят около 37 долларов, могут покрыть площадь около 250 квадратных метров в наноразмерной форме. Только около 2% его атомов видны на поверхности. В одноатомной форме палладий стоит всего 17 центов, чтобы покрыть площадь, превышающую 50 футбольных полей. И его эффективность оценивается высоко со 100% воздействием атомов на поверхность.
Ким (Kim), старший научный сотрудник факультета химической и экологической инженерии Йельского университета, сказал: «Раньше у нас не было такой возможности, но теперь мы попросту говоря кладем одноатомные металлы, атом за атомом, на основу. И это здорово, потому что можно использовать все атомы».
Он добавил: «Но они проявляют свойства, больше похожие на один атом, потому что они представляют собой маленький кластер, и на поверхности все атомы подвергаются воздействию».
Ким продолжил: «В конечном счете, мы надеемся получить высокоэффективное устройство с этим катализатором для уничтожения загрязняющих веществ в воде, потому что оно будет намного дешевле и эффективнее, чем девайсы из других материалов».
Ученые из Йельской школы инженерии и прикладных наук изобрели метод с использованием катализатора из атомов палладия, который снижает канцерогенный бромат в воде. Они добавили неметаллические серу, азот и бор в окружение атомов из кластера металлов. Общие результаты показали, что каталитическая производительность системы улучшилась. По мнению ученых, это положительный показатель, тем более что очистка воды должна быть максимально рентабельной.
Ограничение одноатомных катализаторов заключается в том, что определенные обстоятельства могут снизить их каталитическую активность. Для устранения этого недостатка исследователи приступили к разработке катализаторов из кластеров металлов, представляющих собой микроскопические группы атомов. Эти кластеры состоят всего из трех или четырех атомов, в отличие от тысяч атомов в наноматериалах.
Исследователи все еще ищут наилучшие способы управления свойствами этих совокупных структур и повышения их производительности, потому что такая структура материала все еще является относительно новой. Например, добавление определенных элементов к металлам может улучшить полностью изолированные одноатомные катализаторы. Ким и его команда обнаружили, что атомы из кластеров металлов могут быть изменены таким же образом. Их статья является первой, исследующей эту возможность.
Результат показывает, что контроль CE SAC в конфигурации кластеров является потенциальным методом оптимизации и повышения каталитической активности.
