宝石状的贵金属纳米颗粒可以作为催化剂发光

catalyst nanoparticles假彩色扫描电镜图像的四面体纳米粒子。

美国西北大学(Northwestern University)的一个研究小组开发了一种新方法,可以从金属纳米颗粒中制备出非常理想的催化剂,这种催化剂可以用于更好的燃料电池等应用。研究人员还发现,这种方法可以将废催化剂回收利用,制成活性催化剂。

这些令人垂涎的催化剂主要由贵金属制成,形状像宝石。每一种粒子都有24个不同的表面,它们在表面呈现原子的方式,使它们的催化活性高于商业上可用的方式。

该方法采用基本的金属前驱体,并利用热和稳定的微量元素,迅速地将它们的形状转化为具有高度催化活性的结构。燃料电池等商业产品——清洁能源的重要来源——依赖于此类催化剂。

方法是通用的;该研究表明,它与五种单金属纳米粒子和一个双金属纳米粒子库协同工作,这些纳米粒子涵盖了七种不同的金属,包括铂、钴和镍。

mirkin catalysis乍得A.米尔金

“这些贵金属中有许多都负责催化化学、石油和燃料电池工业中一些最重要的化学转变,”研究负责人、魏柏格艺术与科学学院(Weinberg College of Arts and Sciences)乔治·b·拉斯曼(George B. Rathmann)的化学教授查德·a·米尔金(Chad A. Mirkin)说。

他说:“我们不仅可以制备出具有商业价值的催化剂,而且可以把用过的燃料电池催化剂回收成最有效的形式。催化剂会随着时间的推移而缓慢降解并发生变化,因此,我们能够回收并重新激活这些由昂贵材料制成的催化剂,这一事实非常有价值。”

这项研究包括模拟和实验,将于9月13日发表在《科学》杂志上。

20xMirkin的催化剂比商用催化剂快20倍

这种新型催化剂被称为高指数小面纳米颗粒催化剂,是加速化学反应的最佳形式。米尔金的团队发现,他们的铂催化剂比商业上的低指数形式的甲酸电氧化反应(基于铂的含量)快20倍。

西北大学麦考密克工程学院(McCormick School of Engineering)材料科学与工程教授、该研究的合作者之一、杰罗姆b科恩(Jerome B. Cohen)教授克里斯沃尔弗顿(Chris Wolverton)表示:“与其他纳米颗粒形式相比,高指数小平面形式的铂有所不同,而且效果更好。”

“这都是关于化学的,”米尔金补充说,他也是西北大学国际纳米技术研究所的主任。

米尔金的多学科团队还包括麦考密克的亚伯拉罕·哈里斯材料科学与工程教授维纳亚克·德拉维德。

我们不仅可以制备商业上需要的催化剂,而且我们可以回收使用过的燃料电池催化剂到最活跃的形式。“乍得A.米尔金
纳米科学家

美国化学委员会(American Chemistry Council)的数据显示,催化作用占全球国内生产总值(gdp)的35%以上。这种新型催化剂可以大规模生产,不需要配体,而配体会降低催化活性。既能制造新催化剂,又能回收废催化剂的过程是快速且可扩展的。

米尔金说,这项技术离商业化应用可能不远了。他说:“这种技术已经准备好扩大规模,并在催化领域得到广泛应用。”

主题:创新、纳米技术、研究、温伯格艺术与科学学院

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.northwestern.edu/stories/2019/09/gem-like-nanoparticles-of-precious-metals-shine-as-catalysts/

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