Раскрыт секрет каталитической активности нанопористого золота

Выяснилось, что каталитическая активность нанопористого золота зависит от концентрации поверхностных дефектов в трёхмерной нанопористой структуре металла.

Исследование, сделавшее этот вывод, опубликовано в журнале Nature Materials. Его авторы считают, что теперь самое время заняться более эффективными и надёжными каталитическими конверторами, поскольку нанопористое золото — один из самых распространённых катализаторов для полного окисления монооксида углерода.

Структура нанопористого золота и реакции окисления, которые им катализируются (иллюстрация Science).

В то время как простое металлические золото является образцом инертности, его нанопористая версия обладает ярко выраженной каталитической активностью в реакциях окисления. Исследовательская группа, в которую вошли специалисты из Йоркского университета (Великобритания), Университета Нагойи (Япония), Шанхайского университета (Китай) и Университета Джонса Хопкинса (США), обнаружила, что каталитическая активность нанопористого золота возрастает пропорционально количеству поверхностных дефектов в пределах сложной нанопористой структуры. Хотя считается, что каталитическая активность нанопористого золота сравнима с таковой у его наночастиц, именно нанопористый вариант наиболее стабилен, что и определяет его распространённость при изготовлении долгоживущих высокопроизводительных катализаторов.

Нанопористое золото было получено традиционным методом химического вытравливания серебра из золотосеребряного сплава в соответствующем растворе. Процедура приводит к образованию так называемой пористой атомной структуры. Конечно, не вполне понятно, насколько полно вымывается серебро из объёма сплава, но по крайней мере приповерхностные слои эффективно очищаются, образуя сложную трёхмерную структуру пор и дефектов. Затем, используя просвечивающую электронную микроскопию, исследователи получили доказательства того, что именно поверхностные дефекты в структуре нанопористого золота являются активными каталитическими центрами, а оставшиеся следы серебра делают их намного более стабильными.

Таким образом, удалось не только объяснить природу каталитической активности нанопористого золота, но и выработать рекомендации для производства более активных золотых катализаторов — как для каталитических конвертеров, так и для топливных элементов.

Подготовлено по материалам Йоркского университета.