В Китае нашли способ синтезировать платиновые катализаторы за минуты
Китайские ученые разработали технологию миллисекундных термических импульсов, которая позволяет мгновенно синтезировать катализаторы на основе металлов платиновой группы и с высокой точностью управлять их структурой, передает Kazinform со ссылкой на Xinhua.
Исследовательская группа из Тяньцзиньского университета предложила метод нестационарной самоорганизации для создания катализаторов со структурой «ядро–оболочка». Этот подход открывает новые возможности для повышения эффективности водородных топливных элементов и развития чистой энергетики. Результаты работы опубликованы 10 июля в журнале Science.
По словам соавтора исследования, профессора Тяньцзиньского университета Ху Вэньбина, разработанный метод принципиально меняет подход к высокоточному синтезу сложных катализаторов из благородных металлов.
— Наша технология дает мощный инструмент для развития стратегически важных отраслей — от производства «зеленого» водорода до создания передовых энергоносителей. Она напрямую работает на национальную стратегию по декарбонизации и энергобезопасности, — подчеркнул ученый.
Катализаторы на основе металлов платиновой группы незаменимы в энергетике, химпроме и экологических технологиях. Соединение платиновых и недрагоценных металлов в структуре «ядро–оболочка» позволяет резко снизить расход дорогого сырья без потери эффективности. Высокая активность таких материалов достигается за счет взаимодействия атомов на стыке ядра и оболочки, что оптимизирует кристаллическую решетку и электронные свойства катализатора.
Разработанный метод меняет саму парадигму синтеза. Традиционно такие материалы получают путем длительного высокотемпературного отжига, при котором вещество последовательно переходит из одного термодинамически равновесного состояния в другое. Это долгий и энергоемкий процесс, не позволяющий точно контролировать структуру наночастиц, что ограничивает их потенциал.
Стремясь обойти эти ограничения, авторы исследования создали стратегию неравновесной нестационарной самоорганизации. Короткие периодические импульсы тепла с миллисекундной точностью передают энергию системе, заставляя нанокристаллы складываться в структуру «ядро–оболочка» через непрерывную смену высокоэнергетических промежуточных состояний. Метод позволяет регулировать толщину платинового покрытия буквально послойно — на уровне отдельных атомов.
Если классический многоэтапный синтез занимает несколько часов и требует сложного оборудования, то новый метод справляется за минуты. Ученым удалось получить платиновую оболочку толщиной всего в три атомных слоя — этого достаточно для максимальной каталитической активности при оптимальной геометрии.
Кроме того, технология на 90% снижает энергопотребление при производстве и исключает использование токсичных реагентов, делая сам процесс экологически чистым.
В ходе испытаний топливные элементы с новыми катализаторами показали удельную мощность в 15,2 кВт на грамм платины и продемонстрировали высокую стабильность работы.
Ху Вэньбин уверен, что благодаря высокой скорости, точности, эффективности и экологичности новый метод найдет применение не только в водородной энергетике, но и в тонком органическом синтезе, фармацевтике, промышленном катализе и очистке сточных вод.
