Группа исследователей из США создала устойчивый трехфазный катализатор. Агломерат состоит из платины, диоксида титана и диоксида кремния. Его особенность в том, что в разработанной конфигурации частицы платины оказываются полностью открытыми для реагентов каталитической реакции. Предложенная система эффективно работает при температурах до 700 градусов по шкале Цельсия, таким образом, в будущем она может использоваться в трехкомпонентных каталитических конверторах, устанавливаемых на автомобили с двигателями внутреннего сгорания.

Группа ученых из Georgia Institute of Technology (США) разработала новый трехфазный катализатор. Производство катализатора условно можно разделить на три этапа.

На первом этапе синтезировались наночастицы платины, покрытые небольшим количеством винилпирролидона (PVP). После этого созданные наночастицы размещались на волокнистой структуре диоксида титана, а затем агломерат покрывался диоксидом кремния.

Благодаря наличию полимерного покрытия, диоксид кремния не покрывает наночастицы платины, таким образом, они остаются открытыми для взаимодействия с внешними системами. Идея по использованию сочетания диоксида кремния и платины в качестве катализатора высказывалась и ранее, но в отсутствии полимера диоксид кремния покрывал наночастицы, блокируя таким образом активные центры.

Рис. 1. Ученые предложили эффективный катализатор на основе наночастиц платины.

Созданный агломерат решает одновременно несколько задач. Диоксид титана выполняет роль сильного окислителя, наночастицы платины – роль активного катализатора, а диоксид кремния – роль слабого окислителя в промежутке между наночастицами и диоксидом титана. Кроме того, диоксид кремния изолирует наночастицы платины друг от друга, так что они не спекаются между собой при нагревании. В обычных катализаторах эффект спекания действует негативно, поскольку снижает его активность.

Здесь же наночастицы платины остаются доступными для реагентов каталитической реакции, так что активность катализатора остается высокой.

По мнению ученых,

предложенная ими схема может использоваться в трехкомпонентных каталитических конверторах, используемых в автомобилях с двигателями внутреннего сгорания для контроля выбросов в атмосферу. Это устройство позволяет преобразовать три основные загрязняющие вещества, содержащиеся в выхлопе (окиси углерода, не прогоревшие углеводороды, а также окись азота), в менее вредные диоксид углерода, воду и азот.

Результаты работы ученых опубликованы в журнале Nano Letters. Исследователи говорят, что

в ближайшее время они займутся созданием аналогичного трехкомпонентного агломерата на основе нанокристаллов, размерами, сочетанием и формой которых можно управлять за счет коррекции условий производства. Это позволит адаптировать катализатор для применения в других химических реакциях.