Автор AZoNano Джун 23 2021

Новое исследование показывает, что некоторые крошечные катализаторы, рассматриваемые для промышленных мер по восстановлению окружающей среды, могут быть нестабильными во время работы.

Химики из Университета Ватерлоо изучили структуры сложных катализаторов, известных как «наноразмерные электрокатализаторы», и обнаружили, что они не так стабильны, как когда-то думали ученые. Когда электричество проходит через них во время использования, атомы могут перегруппироваться. В некоторых случаях, как обнаружили исследователи, электрокатализаторы полностью разлагаются.

Понимание того, почему и как происходит эта перестройка и деградация, является первым шагом к использованию этих наноразмерных электрокатализаторов в усилиях по восстановлению окружающей среды, таких как удаление атмосферного углекислого газа и загрязнителей грунтовых вод и их преобразование в более ценные продукты, такие как топливо.

«Современные электрокатализаторы полагаются на сложные наноразмерные структуры, чтобы оптимизировать их эффективность», сказала Анна Клинкова, профессор химического факультета Ватерлоо . «Однако мы обнаружили, что превосходные характеристики этих сложных наноматериалов часто достигаются за счет их постепенной структурной деградации, поскольку существует компромисс между их эффективностью и стабильностью»

Клинкова и ее команда обнаружили, что перегруппировка атомов в катализаторе зависит от типа металла, структурной формы и условий реакции катализатора.

Они определили две причины перестановок. Некоторые небольшие молекулы могут временно прикрепляться к поверхности катализатора и уменьшать энергию, необходимую для движения атома по поверхности. В других случаях узкие области внутри катализатора концентрируют электронный ток, заставляя атомы металла перемещаться посредством процесса, называемого электромиграцией.

Электромиграция была ранее обнаружена в микроэлектронике, но это первый раз, когда она была связана с наноразмерными катализаторами.

Эти результаты создают основу для оценки структурной стабильности и отображения изменяющейся геометрии наноразмерных катализаторов, что является важным шагом на пути к разработке лучших катализаторов в будущем.

«Эти структурные эффекты могут быть использованы в качестве одного из правил проектирования при разработке будущих катализаторов, чтобы максимизировать их стабильность, », – сказала Клинкова. «Вы также можете целенаправленно вызвать реконструкцию другой структуры, которая становится активной, когда начинается реакция».

Исследование «Взаимодействие электрохимических и электрических эффектов вызывает структурные превращения в электрокатализаторах» было недавно опубликовано в журнале Nature Catalysis.

Источник: https://uwaterloo.ca/