Золоті наночастинки з гострими гранями - каталізатор, який дозволяє перетворити вуглекислий газ в синтетичне паливо
Вуглекислий газ (CO2) є з'єднанням зі стабільною молекулою, яка має слабку хімічну активність. Для того, щоб зробити вуглекислий газ сировиною для виробництва синтетичного палива потрібно розщепити молекулу і отримати молекулу чадного газу (CO), досить активної хімічної речовини, яке можна використовувати для отримання метану, метанолу або інших видів альтернативного палива. Дослідження, проведені різними групами вчених, показали, що каталізатори на основі золотої фольги можуть використовуватися для розщеплення молекул вуглекислого газу, але вони є вкрай малоефективними. Крім цього золотий каталізатор впливає і на молекули води, що призводить до появи небажаних побічних водородомістких сполук. Вченим з університету Брауна (Brown University) вдалося успішно вирішити проблему, створивши високоефективний каталізатор на основі золотих нанчастиц строго визначених розмірів і форми.
Проводячи дослідження роботи золотих каталізаторів, вчені виявили, що ключову роль в каталітичних процесах відіграють роль не атоми золота, розташовані на плоскій поверхні матеріалу, а атоми золота, є краями гострих граней матеріалу. Крім цього, величезну роль у вибірковому дії каталізатора грала довжина граней. Подальші дослідження привели вчених до створення багатогранних золотих наночастинок, розмір яких становив точно 8 нанометрів. Каталізатор з такими наночастинками показав 90-відсотковий рівень розщеплення молекул вуглекислого газу на атом кисню та молекулу чадного газу. Точний розмір наночастинки відіграє величезну роль, вчені перевірили ефективність роботи золотих наночастинок, розмірами чотири, шість і десять нанометрів, але жоден з цих розмірів не наблизився до показників ефективності 8-нанометрових наночастинок.
"Отримані нами перші результати повністю нас заплутали" - розповідає Ендрю Петерсон (Andrew Peterson), професор університету Брауна і учасник даних досліджень, - "Коли ми почали робити наночастинки меншого розміру, ми отримали стрибкоподібне збільшення ефективності каталізатора. Але варто було нам пройти позначку у вісім нанометрів, як ефективність знову стала знижуватися". Для пояснення спостережуваних явищ вченими була розроблена ціла теорія, яка дозволила розрахувати вплив форми і розмірів наночастинок на каталітичні властивості певного виду хімічних перетворень.
Тепер, коли вчені почали точно розуміти залежність активності і селективності дії каталізатора від форми та розмірів активних областей, стало можливим розрахувати форму частинок золотого каталізатора, який буде забезпечувати максимальну ефективність суворо визначених видів хімічних перетворень. "У нашій технології існує ще безліч місць для її вдосконалення" - розповідає Петерсон, - "Зараз ми розробляємо нові форми наночастинок, які будуть виступати активними і ефективними каталізаторами не тільки для розщеплення вуглекислого газу, але і для інших реакцій, у який буде задіяний вуглекислий газ і які можуть використовуватися у виробництві штучного палива".
"Розроблений нами каталізатор, що складається не з золота, а лише містить золоті наночастинки на своїй поверхні, що дозволяє суттєво зменшити вартість каталізатора, що використовує його промислового устаткування і, природно, кінцевого продукту" - розповідає Петерсон, - "А після невеликих доробок нашої каталітичної технології вже можна буде починати замислюватися про її впровадження, що дозволить переробляти вуглекислий газ в що-небудь корисне в промислових масштабах".