Создан первый в мире одноатомный катализатор
Традиционные катализаторы работают далеко не на полную мощность, так как большая часть атомов в наночастицах скрыта под поверхностью. Ученые смогли создать катализатор из одного атома, который выведет системы очистки воды на новый уровень
Катализаторы используются для ускорения множества процессов как в промышленности, так и в нашей повседневной жизни. Например, такие системы могут применяться для очистки воды — они помогают разрушать загрязняющие вещества. В этом случае уменьшение размера таких систем прямо пропорционально их эффективности. Все потому, что при этом увеличивается площадь поверхности, а значит и число активных центров для взаимодействия катализатора с субстратом. Но какими бы маленькими ни были наноматериалы, значительная часть их атомов все еще находится под поверхностью и остается неиспользованной.
Для своего исследования ученые синтезировали один атом палладия на подложке из карбида кремния. Эта новая каталитическая система значительно улучшила кинетику процесса уничтожения хлорсодержащих загрязнителей в воде. Низкая стоимость системы также имеет решающее значение для ее успеха. Затраты на палладий и другие материалы с ценными каталитическими свойствами были бы очень высокими при разработке экономически эффективных систем очистки воды, но новая технология позволяет использовать возможности этого металла по максимуму.
Одним особенно ценным свойством палладия является его селективность при расщеплении веществ. Это крайне важно, потому что, если катализатор разрушает кроме токсичных еще и нетоксичные вещества, он будет тратить энергию впустую. Но один атом палладия избирательно разрушает связи углерод-галоген с почти 100%-ной селективностью, оставляя при этом остальную часть молекулы нетронутой. Такая высокая селективность невозможна с наночастицами палладия, которые используются сегодня для очистки воды.
Обладая всеми этими преимуществами по сравнению со стандартным катализатором из наноматериалов, новая технология может существенно ускорить прогресс в системах очистки воды. Теперь исследователи работают над интеграцией материала в реактор гидрогенизации и электрохимическую ячейку, чтобы создать модульную систему очистки воды, предназначенную для борьбы с различными загрязнителями, с особым упором на антропогенные галогенированные органические вещества, включая так называемые полифторалкильные соединения.
Статья опубликована в журнале Nature Communications.