Команда из Ноттингемского университета обнаружила, что обратимое разделение металлов на атомном уровне повышает каталитическую активность в производстве водорода

Репортаж от Wedoany，Международная исследовательская группа под руководством Ноттингемского университета в реальном времени на атомном масштабе наблюдала обратимое разделение металлов в наночастицах платины и никеля и подтвердила, что такая динамическая структура обладает высокой каталитической активностью в электрохимическом расщеплении воды для производства водорода. Группа создала наночастицы, содержащие всего несколько десятков атомов платины и никеля, и с помощью высокоразрешающей электронной микроскопии обнаружила, что когда два металла разделяются, сохраняя атомный интерфейс, эффективность катализатора в реакции выделения водорода значительно повышается.

Традиционная термодинамика утверждает, что однородно смешанные сплавные системы стремятся сохранять однородное состояние, подобно тому как кофе и молоко не могут самопроизвольно разделиться после смешивания. Однако это исследование опровергло ожидания. Доктор Эмерсон Кольрауш, руководивший экспериментальной работой на химическом факультете Ноттингемского университета, сказал: «Изначально, когда мы наблюдали наночастицы платины и никеля под электронным микроскопом, мы видели, что атомы обоих типов смешаны, как и следовало ожидать от сплава. Однако всего через несколько секунд два металла начали отделяться друг от друга прямо у нас на глазах. Это было поразительное наблюдение, поскольку оно, казалось, противоречило традиционному термодинамическому поведению».

Это явление вызвано тем, что быстрый электронный пучок передаёт часть энергии атомам образца, стимулируя их перегруппировку внутри частицы, что в интерметаллическом соединении платины и никеля приводит к разделению металлов. Как только никель отделяется от платины, он захватывает атомы кислорода из окружающей среды, образуя оксид. Профессор наноматериалов Ноттингемского университета Андрей Хлобыстов сказал: «Это создаёт наночастицы, состоящие из двух половин — металлической платины и оксида никеля, разделённых атомарно определённым интерфейсом. Мы создали новый тип гибридных частиц и наблюдали их формирование в реальном времени, что ранее было невозможно».

Для точного отслеживания положения каждого атома проект SALVE Германии из Ульмского университета предоставил уникальный микроскоп. Профессор Уте Кайзер, руководившая проектом, сказала: «Создание условий, позволяющих отслеживать положение каждого атома, было очень важным. Для этого мы использовали максимально тонкий материал для поддержки наночастиц — листы графена, и тщательно контролировали энергию и поток электронного пучка».

Примечательно, что процесс разделения металлов обратим и повторяем — при изменении условий металлы могут снова смешиваться в сплав. Доктор Эмерсон Кольрауш сказал: «Эти частицы ведут себя не как жёсткие твёрдые объекты, а скорее как живые организмы, реагируя на окружающую среду. Это вдохновляет нас использовать их динамику для катализа».

В последующих каталитических экспериментах исследовательская группа изучила использование частиц платины и никеля для производства водорода путём электрохимического расщепления воды. Доктор Джесум Алвес Фернандес с химического факультета Ноттингемского университета сказал: «Причина, по которой эти частицы настолько эффективны, заключается в сотрудничестве между двумя материалами после разделения. Платина и оксид никеля играют разные роли в расщеплении воды, а общая атомная граница обеспечивает их высочайшее взаимодействие». Синергетический эффект делает этот материал одним из самых эффективных катализаторов расщепления воды.

Исследование было выполнено Ноттингемским университетом в сотрудничестве с Бирмингемским университетом, Diamond Light Source и Ульмским университетом Германии. Соответствующие результаты опубликованы в журнале Advanced Materials. Помимо производства водорода, эти открытия могут оказать значительное влияние на разработку катализаторов для будущих энергетических преобразований, химического производства и устойчивых промышленных процессов.

Данный материал скомпилирован платформой Wedoany. При цитировании материалов, созданных с помощью искусственного интеллекта (ИИ), необходимо обязательно указывать источник — «Wedoany». В случае выявления нарушения прав или иных проблем просим своевременно информировать нас. Сайт оперативно внесёт изменения или удалит материал.Электронная почта: news@wedoany.com