Экономичное применение катализаторов из драгоценных металлов

Исследователи из Рурского университета в Бохуме и Института Фрица Габера в Берлине разработали новый метод для экономии редких и дорогих катализаторов. Они поместили соль драгоценного металла в крошечные мицеллы и нанесли их на углеродный электрод, покрыв его поверхность наночастицами металла. Команда также точно проанализировала количество осаждённого металла. Показано, что электрод, покрытый таким образом, может эффективно катализировать восстановление кислорода — лимитирующий процесс в топливных элементах.

Метод описан в журнале Angewandte Chemie (опубликовано онлайн 11 апреля 2019).

Получение частиц одинакового размера

Наночастицы золота были получены с помощью мицелл. Исходным веществом служила хлорзолотая кислота, заключённая в полимерную оболочку. Преимущество: при таком способе все наночастицы имеют практически одинаковый размер. Контроль размера частиц, которые обладают разными каталитическими свойствами, осуществляется через количество исходного материала внутри мицеллы.

Равномерное покрытие сложных поверхностей

Для нанесения покрытия цилиндрический электрод погружали в раствор с нагруженными мицеллами и прикладывали напряжение. В результате случайного движения мицеллы сталкивались с поверхностью электрода. Их оболочка разрушалась, и ионы золота из хлорзолотой кислоты восстанавливались до элементарного золота, образуя на поверхности электрода равномерный слой наночастиц. Этот процесс позволяет равномерно покрывать катализатором даже сложные поверхности, в отличие от стандартных методов, пригодных только для плоских подложек.

Точный контроль количества

В процессе восстановления золота протекает электронный ток. Измеряя этот ток, химики могут точно определить, сколько материала было использовано для покрытия, а также зарегистрировать столкновение каждой отдельной частицы и её размер.

Электроды, покрытые новым методом, успешно прошли тест на реакцию восстановления кислорода. Их каталитическая активность была такой же высокой, как у "голых" наночастиц золота без оболочки. Благодаря равномерному покрытию поверхности, при покрытии всего 11% площади электрода скорость реакции была почти такой же, как у электродов, полностью покрытых золотом, или сделанных из цельного золота.