Популярным способом изготовления металлических НК атомарной точности является использование лигандов (молекул или ионов, которые прикрепляются к центральному металлическому ядру). Эти лиганды не только защищают крошечные НК, но также влияют на их химическую реакционную способность и селективность.
Однако иногда реактивность ниже ожидаемой.
Для повышения каталитической активности металлических НК, защищенных лигандами, их нагревают в печи при высоких температурах без кислорода (процесс, называемый «прокаливание»), чтобы удалить лиганды из основного кластера.
Однако нагрев частиц при очень высоких температурах может привести к накоплению НК, что часто приводит к снижению реакционной способности. «Когда лиганды удаляются без специальной обработки, металлические НК легко агрегируются на носителе и теряют свои размерно-зависимые свойства. Для создания высокофункциональных гетерогенных катализаторов в соответствующих условиях необходимо понимать механизм прокаливания лигандов », – говорит проф. Юичи Негиси из Токийского университета науки, Япония, исследующий синтез нанокластеров.
В новом исследовании, опубликованном в Angewandte Chemie, проф. Негиси возглавил группу исследователей, включая доцента Токухиса Кававаки, г-на. Юки Катаока, г-жа.
Момоко Хирата и мистер. Юки Акинага, чтобы углубиться в механизм процесса удаления лиганда в NC.
Для своих экспериментов исследователи синтезировали НК золота, защищенные двумя лигандами, 2-фенилэтантиолатом и меркаптобензойной кислотой, а затем нанесли их на фотокаталитический оксид металла. Затем команда нагревает подготовленный материал при различных температурах от 195 ° C до 500 ° C. После каждого этапа они анализировали продукты, используя такие методы, как инфракрасная спектроскопия, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия и просвечивающая электронная микроскопия, чтобы определить изменения в их химическом составе.
После того, как лиганды были полностью высвобождены, команда внедрила НК золота в тонкую пленку оксида хрома, облучив образец УФ-светом, чтобы предотвратить агрегацию НК. В результате этого процесса был получен фотокатализатор с такими полезными свойствами, как высокая активность расщепления воды и стабильность.
Эти результаты определяют дизайн катализаторов на основе металлических NC в будущем с их применением в производстве водорода для водородных топливных элементов. «С помощью наших исследований мы надеемся построить чистое, устойчивое общество, кирпич за кирпичиком», – заключает проф.
Негиши.
Возможно, не так уж далеко в будущее, прежде чем его видение осуществится!