Metalni nanokatalizatori: Šta se zapravo dešava tokom katalize

Pomoću kombinacije spektromikroskopije i mikroskopskih analiza, naučnici su dobili nove uvide u hemijsko ponašanje nanokatalizatora tokom katalize.

Nanočestice su se sastojale od platine (jezgro) i rodijuma (omotač). Ova konfiguracija omogućava bolje razumevanje strukturalnih promena u, na primer, rodijum-platinskim katalizatorima za kontrolu emisije. Rezultati pokazuju da u tipičnim katalizatorskim uslovima, deo rodijuma u omotaču može da se raspe u unutrašnjost nanočestica. Međutim, najveći deo ostaje na površini i oksidira. Ovaj proces uveliko zavisi od orijentacije površina nanočestica.

Preporučujemo

Nanočestice su manje od desetohiljaditog dela milimetra u prečniku i imaju ogromne površine u odnosu na svoju masu. Zbog toga su privlačne kao katalizatori: metalne nanočestice mogu da pospeše hemijske konverzije – radi zaštite životne sredine, industrijske sinteze ili proizvodnje (održivih) goriva od ugljen-dioksida i vodonika.

Platina je jedan od najpoznatijih metalnih katalizatora i koristi se u heterogenoj gasnoj fazi katalize za kontrolu emisije, npr. za pretvaranje otrovnog ugljen-monoksida u izduvnim gasovima iz automobilskih motora u neotrovni ugljen-dioksid.

Mešanje čestica platine sa rodijumom može povećati efikasnost. Lokacija ova dva elementa ima važnu ulogu u procesu. Takozvane jezgro-omotač nanočestice sa platinskim jezgrom i krajnje tankim rodijumskim omotačem mogu pomoći u potrazi za optimalnom distribucijom elemenata koja može produžiti životni vek nanočestica.

Međutim, dosad se malo znalo o tome kako se hemijski sastav površine katalizatora menja tokom postupka.

Istraživači su izveli hemijsku analizu elemenata sa rezolucijom od 5-10 nanometara. Otkriveno je da rodijum može delimično da se raspe u platinska jezgra tokom katalize: oba elementa mogu da se pomešaju na tipičnim operativnim temperaturama katalizatora. Mešanje je pojačano u okruženju sputane oksidacije, a oslabljeno u oksidacionoj sredini, bez menjanja finalnog toka rodijuma u platinu. Na većim temperaturama, ovaj proces je čak značajno unapređen, kažu istraživači.

Stope reakcije takođe zavise od orijentacije površina nanočestica. Naročito su visoke na izvesnim površinama. Studija pokazuje da je oksidacija rodijuma najveća na površinama sa više atomskih koraka, gde se atomi najlakše vezuju.

Ova detalja analiza oksidacionog ponašanja doprineće daljoj optimizaciji nanokatalizatora, koji mogu doživeti ireverzibilne promene tokom upotrebe.

(Telegraf Nauka/Phys.org)