Химик РУДН синтезировал электрокатализаторы на основе золота

Химик РУДН синтезировал электрокатализаторы на основе золота

Химик РУДН синтезировал электрокатализатор на основе наночастиц золота с органическими лигандами, которые могут запускать и реакции для получения водорода, и реакции восстановления кислорода в топливных элементах. Выход продуктов с участием нового катализатора оказался в два раза выше, чем при использовании традиционного катализатора на базе платины. Статья опубликована в Journal of Materials Chemistry A.

Для реакций в топливных элементах и при промышленном производстве водорода необходимы катализаторы на основе наночастиц металла, например, золота или платины. Если к наночастицам присоединить органические молекулы – лиганды, можно увеличивать активность катализатора. Однако до сих пор было мало работ, которые исследовали бы возможности таких катализаторов.

Химик РУДН Рафаэль Луке синтезировал катализатор на основе наночастиц золота, стабилизированных цитратом – солью лимонной кислоты. Для получения наночастиц золота в комплексе с другими органическими веществами проводился обмен лигандами, основанный на градиенте концентраций. Для этого наночастицы инкубировали в растворе нового лиганда, а затем крутили на центрифуге для осаждения готовых наночастиц с присоединенными лигандами.

В эксперименте в реакциях восстановления кислорода химики обнаружили значительное влияние типа лиганда и его взаимодействия с поверхностью золота на поглощение молекул O2. В этих реакциях лучше всего проявили себя наночастицы золота с цитратом. Предельная плотность тока у этого типа катализаторов – 5,58 миллиампер на квадратный сантиметрм – в два раза превосходила наночастицы с другими лигандами. Это означает, что при том же расходе энергии этот катализатор позволит получить больше кислорода.

В реакциях получения водорода наилучшую каталитическую активность, как и в реакциях восстановления кислорода, продемонстрировали наночастицы с  цитратом. Более того, их эффективность оказалась всего в два раза ниже эффективности платинового катализатора, который значительно превышает золотой аналог по стоимости.

Исследование структур показало, что наночастицы золота с цитратом потеряли часть своих лигандов, а наночастицы с бромидом цетилтриметиламмония (CTAB) и меркаптоундекановой кислотой (MUA) остались практически неизменными. Это может быть следствием различной силы связей между золотом и органическими лигандами. Для проверки стабильности, которая является одной из самых важных характеристик катализаторов, все образцы были протестированы в течение 12 часов под напряжением, значительно превышающим оптимальное. Все наночастицы сохранили структуру после тестирования, более того, наночастицы  золота с цитратом улучшили свои электрокаталические характеристики. Это может говорить о том, что новые типы катализаторов будут эффективно работать в условиях продолжительной эксплуатации.

Благодаря стабильности новых катализаторов их самих и их аналоги можно будет использовать в промышленности. Метод обмена лигандами, созданный химиками, может найти применение в синтезе катализаторов с заранее заданными свойствами, подходящими для возобновляемых источников энергии, основанных на водороде.

Статья в Journal of Materials Chemistry A

Новости
Все новости
Наука
18 июня
Медики РУДН стали участниками и призерами проекта «Сообщество молодых ученых Медскан»

Студенты медицинского института РУДН участвовали в научно-образовательной программе «Сообщество молодых ученых» клиники Hadassah Medical Moscow.

Наука
17 июня
ЦУР – стратегический ориентир для ученых РУДН

В мастерской управления «Сенеж» завершился четвертый модуль программы развития кадрового управленческого резерва в области науки, технологий и высшего образования. Единственный участник от РУДН — Александр Леонидович Чупин, кандидат экономических наук, заместитель декана по научной работе экономического факультета. Основная цель программы — обучение управленческим навыкам молодых ученых, которые уже добились значительных успехов в научной и образовательной деятельности.

Наука
10 июня
Учёный РУДН: Африка делает ставку на малые модульные реакторы для решения энергетических проблем

По данным Международного энергетического агентства (МЭА), потребление электроэнергии в Африке за последние два года (2020–2022) выросло более чем на 100%. Однако 74,9% этой энергии по-прежнему производится за счет сжигания органического топлива — природного газа, угля и нефти. При этом уровень электрификации на континенте остается крайне низким — всего 24%, тогда как в других развивающихся странах он достигает 40%. Даже в подключенных к сети районах электроснабжение часто ненадежно: промышленные предприятия теряют энергию в среднем 56 дней в году.