Исследователи создали ошеломляющую форму платины, которая может оставаться жидкой при комнатной температуре, путем смешивания небольшого количества драгоценного металла с галлием. Эта новая жидкая платина выполняет каталитические реакции более эффективно, чем твердый платиновый катализатор, при этом используется гораздо меньше металла.
Платина является мощным катализатором многих различных реакций, наиболее часто используемых в топливных элементах и каталитических нейтрализаторах для очистки выхлопных газов автомобилей. Проблема, однако, в том, что это один из самых редких и дорогих металлов на Земле, что ограничивает возможности устройств с платиновыми катализаторами. Поэтому ученые экспериментировали с новыми способами уменьшить количество платины, необходимой для этих устройств, или даже полностью удалить ее.
Теперь исследователи из Австралии нашли новый способ резко уменьшить количество платины, необходимой для этих реакций. Вместо того, чтобы закреплять атомы платины на твердой матрице, команда нашла способ суспендировать их в жидкости, что привело к большей эффективности и пригодности для повторного использования.
Сначала, платина растворяется в галлии при температуре около 300°C в течение нескольких часов. Затем, как только смесь остывает, она становится каталитическим материалом, который остается жидким при температуре выше довольно низкой температуры плавления галлия 29,8°C, что соответствует комнатной температуре в теплый день. Это намного ниже обычной температуры плавления платины, равной 1768°C.
Полученный материал обладает удивительными свойствами. Он может выполнять как реакции окисления, так и реакции восстановления, когда кислород добавляется к веществу или удаляется из него. Даже при том, что платина составляет всего 0,0001 процента атомов в сплаве, жидкий катализатор был более чем в тысячу раз эффективнее, чем твердый катализатор, состоящий из 10 процентов платины. Более того, побочные продукты не накапливаются на катализаторе и не уменьшают его воздействие, как в случае с твердыми катализаторами.
При ближайшем рассмотрении жидкого катализатора команда обнаружила, что никакие два атома платины никогда не соприкасаются друг с другом — они остаются рассеянными по всему галлию. Как ни странно, платина, по-видимому, оказывает влияние на окружающий галлий, который вместо нее выполняет каталитическую работу.
Атомная модель жидкометаллического катализатора: красные шарики представляют собой атомы платины, а серые шарики — галлия. Фото: Dr Md. Arifur Rahim, UNSW Sydney
«Платина на самом деле находится немного ниже поверхности и активирует атомы галлия вокруг себя», — сказал доктор Эндрю Кристоферсон, автор исследования. «Так что волшебство творится на галлии под влиянием платины. Но без платины этого волшебства не происходит. Это полностью отличается от любого другого катализа, о котором мне известно».
Команда говорит, что новый метод демонстрирует способ увеличения наших небольших запасов платины, позволяя использовать гораздо меньшие количества платины для того же или даже более сильного каталитического эффекта. Это также должно привести к снижению затрат, позволяя более широко использовать эффективные катализаторы.
Но преимущества выходят за рамки платины — команда говорит, что этот тип жидкометаллического катализатора можно комбинировать с более чем 1000 других элементов, что приводит к такому же количеству различных реакций. Их изучение станет предметом дальнейшей работы.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Chemistry.
Источник: Scimex.
