Вторник, 27 февраля, 2024
ДомойХимияРеволюция в промышленности с помощью сверхнадежных золотых катализаторов

Революция в промышленности с помощью сверхнадежных золотых катализаторов

- Advertisement -

Новый защитный слой, разработанный исследователями, повышает долговечность золотых катализаторов, потенциально расширяя их промышленное применение и эффективность. Фото: SciTechDaily.com

Защитный слой, нанесенный на наночастицы золота, может повысить его устойчивость.

Впервые исследователи, в том числе из Токийского университета, обнаружили способ повысить долговечность золотых катализаторов путем создания защитного слоя из кластеров оксидов металлов. Усовершенствованные золотые катализаторы могут выдерживать более широкий спектр физических сред по сравнению с незащищенными эквивалентными материалами.

Это могло бы расширить спектр их возможных применений, а также снизить энергопотребление и затраты в некоторых ситуациях. Эти катализаторы широко используются в промышленности, включая химический синтез и производство лекарств. Эти отрасли могли бы извлечь выгоду из улучшенных золотых катализаторов.

Уникальная привлекательность золота

Золото любят все: спортсмены, пираты, банкиры — все. Исторически это был привлекательный металл для изготовления медалей, ювелирных изделий, монет и т. д.

Причина, по которой золото кажется нам таким блестящим и привлекательным, заключается в том, что оно химически устойчиво к физическим условиям, которые в противном случае могли бы потускнеть другие материалы, например, к теплу, давлению, окислению и другим вредным воздействиям.

Однако, как это ни парадоксально, на наномасштабах крошечные частицы золота обращают эту тенденцию вспять и становятся настолько реактивными, что уже долгое время они необходимы для создания различных видов катализаторов, промежуточных веществ, которые ускоряют или каким-то образом позволяют должна произойти химическая реакция. Другими словами, они полезны или необходимы для превращения одного вещества в другое, отсюда их широкое использование в синтезе и производстве.

Защита тиолом и органическим полимером — два существующих способа повысить устойчивость наночастиц золота. Справа представлен новый метод исследователей с использованием полиоксометаллата. Фото: ©2024 Suzuki et al.

Инновации в улучшенных золотых катализаторах

«Золото — замечательный металл, и его по праву хвалят в обществе, и особенно в науке», — сказал доцент Косуке Судзуки с кафедры прикладной химии Токийского университета.

«Он отлично подходит для катализаторов и может помочь нам синтезировать целый ряд вещей, включая лекарства. Причины этого заключаются в том, что золото имеет низкое сродство к поглощению молекул, а также очень избирательно относится к тому, с чем оно связывается, поэтому позволяет очень точно контролировать процессы химического синтеза. Золотые катализаторы часто работают при более низких температурах и давлениях по сравнению с традиционными катализаторами, требуя меньше энергии и снижая воздействие на окружающую среду».

Изображение новой наночастицы с атомным разрешением, полученное с использованием метода, называемого кольцевой сканирующей трансмиссионной электронной микроскопией в темном поле. Фото: ©2024 Suzuki et al.

Как бы хорошо ни было золото, у него есть некоторые недостатки. Он становится тем более реакционноспособным, чем меньшие частицы состоят из него, и наступает момент, когда катализатор, изготовленный из золота, может начать отрицательно страдать от тепла, давления, коррозии, окисления и других условий. Сузуки и его команда подумали, что могут улучшить эту ситуацию, и разработали новый защитный агент, который мог бы позволить золотому катализатору сохранять свои полезные функции, но в более широком диапазоне физических условий, которые обычно препятствуют или разрушают типичный золотой катализатор.

«Современные наночастицы золота, используемые в катализаторах, имеют определенный уровень защиты благодаря таким агентам, как додекантиолы и органические полимеры. Но наш новый препарат основан на кластере оксидов металлов, называемых полиоксометаллатами, и дает гораздо превосходящие результаты, особенно в отношении окислительного стресса», — сказал Сузуки.

«В настоящее время мы изучаем новые структуры и области применения полиоксометаллатов. На этот раз мы применили полиоксометаллаты к наночастицам золота и установили, что полиоксометаллаты улучшают долговечность наночастиц. Настоящей проблемой было применение широкого спектра аналитических методов для тестирования и проверки всего этого».

Комплексный аналитический подход

Команда использовала различные методы, известные под общим названием спектроскопия. Он использовал не менее шести спектроскопических методов, которые различаются по типу информации, которую они дают о материале и его поведении. Но, вообще говоря, они работают, излучая некий свет на вещество и измеряя, как этот свет каким-то образом меняется с помощью специализированных датчиков. Судзуки и его команда провели месяцы, проводя различные тесты и различные конфигурации своего экспериментального материала, пока не нашли то, что искали.

Будущие направления и социальные выгоды

«Мы движимы не только попытками улучшить некоторые методы химического синтеза. Существует множество применений наших улучшенных наночастиц золота, которые можно использовать на благо общества», — сказал Сузуки.

«Катализаторы для разрушения загрязнений (многие бензиновые автомобили уже имеют знакомый каталитический нейтрализатор), менее эффективные пестициды, зеленая химия для возобновляемых источников энергии, медицинские вмешательства, датчики для выявления патогенов пищевого происхождения — список можно продолжать. Но мы также хотим пойти дальше.

«Нашими следующими шагами будет улучшение диапазона физических условий, к которым мы можем сделать наночастицы золота более устойчивыми, а также посмотреть, как мы можем добавить некоторую долговечность другим полезным каталитическим металлам, таким как рутений, родий, рений и, конечно же, тому, что люди ценят. даже выше золота: платина».

Ссылка: «Сверхстабильные и высокореактивные катализаторы из наночастиц коллоидного золота, защищенные с помощью мультидентатных нанокластеров оксидов металлов», Кан Ся, Такафуми Ятабэ, Кентаро Йонесато, Соичи Киккава, Сейджи Ямазоэ, Аяко Наката, Ре Исикава, Наоя Сибата, Юичи Икухара, Казуя Ямагучи и Косуке Судзуки, 6 февраля 2024 г., Природные коммуникации.
DOI: 10.1038/s41467-024-45066-9

Исследование имело финансовую поддержку со стороны JST FOREST (JPMJFR213M для KS, JPMJFR2033 для RI), JST PRESTO (JPMJPR18T7 для KS, JPMJPR19T9 для SY, JPMJPR20T4 для AN, JPMJPR227A для TY), JSPS KAKENHI (22H04971 для K.Ya) и Программа JSPS Core-to-Core. Измерения XAFS проводились в Весна-8 с одобрения Японского научно-исследовательского института синхротронного излучения (номера предложений: 2023A1732, 2023A1554, 2022B1860, 2022B1684). Часть этой работы была поддержана Инфраструктурой перспективных исследований материалов и нанотехнологий в Японии (ARIM) Министерства образования, культуры, спорта, науки и технологий (MEXT), номера грантов JPMXP1222UT0184 и JPMXP1223UT0029.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме