Химик РУДН синтезировал электрокатализаторы на основе золота
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
Авторский коллектив высшей школы управления РУДН представил монографию «Цифровой реинжиниринг бизнес-процессов в туристической отрасли России: теория, анализ и разработка инновационных решений».
Даниил Матюнин, студент 3 курса кафедры механики и процессов управления инженерной академии РУДН, стал участником масштабного международного события — научно-технического форума SciTech Forum, объединившего учёных из России, Индии, Китая, Бразилии, ЮАР и Малайзии. Программа форума была посвящена актуальным проблемам освоения внеземного пространства и эксплуатации космических систем.
Продолжаем делиться историями фронтовиков, которые после войны участвовали в создании Университета дружбы народов и воспитывали новое поколение студентов.
Игорь Васильевич Черемискин