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
Аспирант кафедры технологий строительства и конструкционных материалов инженерной академии РУДН Серафим Загородний вошёл в число победителей конкурса «УМНИК-2026» (очередь 1), организованного Фондом содействия инновациям. По итогам отбора его проект получил грант в размере 500 тысяч рублей сроком на 12 месяцев. Всего на конкурс было подано более 3 тысяч заявок по 6 направлениям, из которых к финансированию рекомендованы 500 проектов на общую сумму 250 миллионов рублей.
Институт инновационных инженерных технологий (ИИИТ) РУДН объединяет лазерные технологии, материаловедение, медицину, геофизику, гироскопию и искусственный интеллект. Здесь создают биосовместимые покрытия для коронарных стентов, восстанавливают детали авиадвигателей, разрабатывают волновые твердотельные гироскопы и строят гоночные болиды для участия в международных соревнованиях «Формула Студент». О том, как устроен институт, какие разработки уже внедрены в промышленность и какие задачи предстоит решить, мы поговорили с заместителем директора института Рамзи Абу-Ниджимом.
Продолжаем рассказывать о возможностях для студентов, которые хотят проявить себя как исследователи. Конкурс «Совместный старт» проводится ежегодно в весеннем семестре и ориентирован на поддержку молодёжных объединений. Его цель — помочь студенческим коллективам разработать инновационные и представительские проекты на основе проводимых в РУДН исследований, с перспективой участия в сторонних конкурсах, грантовых программах и научно-технических мероприятиях.