Австралийские ученые создали катализатор, который использует следовые количества платины, но работает эффективнее дорогих аналогов. Исследование опубликовано в журнале Nature Chemistry.
Платина — один из самых эффективных катализаторов химических реакций. Но его промышленное использование затруднено из-за высокой стоимости металла и больших энергозатрат на работу платиновых систем. Австралийские химики нашли способ использовать крошечные количества платины для создания мощных реакций без дорогостоящих затрат на энергию.
В своей работе исследователи соединили платину с жидким галлием, температура плавления которого составляет всего 29,8 °C. Платина, которая при нормальных условиях плавится при температуре, превышающей 1 700 °C, растворяется в жидком галлии. При этом, как отмечают исследователи, термическая обработка требуется только на начальной стадии, когда платина растворяется в галлии для создания каталитической системы.
Шарики платины в жидком галлии. Фото: Arifur Rahim, UNSW Sydney
Химики объясняют, что для использования классических катализаторов на основе платины в химической промышленности нужно поддерживать высокую температуру для плавления металла. Для новой разработки достаточно нагреть систему галлия и платины до температуры около 300 °C в течение одного или двух часов при создании катализатора.
Существуют альтернативные твердотельные каталитической системе на основе углерода, которым не требуются сверхвысокие температуры. Однако доля платины в таких системах должна достигать 10%. А для эффективной работы новой системы, по словам разработчиков, достаточно 0,01% драгоценного металла.
При этом в процессе эксперимента исследователи обнаружили, что жидкий катализатор оказался в 1 000 раз эффективнее твердотельного. Оказалось, что в жидкой системе при комнатной температуре не образуется твердая платина. Атомы драгоценного металла распределяются внутри жидкого галлия.
Платина на самом деле находится немного ниже поверхности и активирует атомы галлия вокруг нее. Таким образом, волшебство происходит с галлием под влиянием платины.
Эндрю Кристоферсон, соавтор работы из Мельбурнского королевского технологического института
Химики говорят, что за счет стоимости и высокой эффективности новый катализатор способен совершить революцию в промышленном производстве. Например, он пригодится в синтезе аммиака при производстве удобрений и создании экологически чистых топливных элементов. Кроме того, расширяя новый метод создания катализаторов, можно получить более тысячи возможных комбинаций элементов для тысяч различных реакций.
Источник: hightech.fm