Ученые ФИЦ «Институт катализа СО РАН» обнаружили парадоксальный эффект окислительных обработок на термическую стабильность субнаночастиц платины. Они показали возможность целенаправленного изменения размера, структуры и свойств этих уникальных объектов. Полученные результаты могут быть полезны для оптимизации промышленных процессов, которые проводят на ультрадисперсных металлических катализаторах.

Если частица металла состоит всего из нескольких единиц или нескольких десятков атомов, она приобретает особые свойства и может кардинально отличаться от обычных наночастиц. Такие субнанокластеры вызывают большой научный интерес и применяются на практике в различных областях — от микроэлектроники до катализа. Все современное производство высокооктанового бензина базируется на катализаторах, в которых нанокластеры платины закреплены на поверхности хлорированного оксида алюминия.

«Хорошо известно, что кластеры платины в таких катализаторах проявляют высокую устойчивость к спеканию при термических обработках в восстановительных и инертных средах, а под действием кислорода и высокой температуры легко распадаются на отдельные атомы. Мы впервые показали, что кислород может играть двоякую роль, и, в зависимости от условий окислительных обработок, происходит как диспергирование нанокластеров на отдельные атомы, так и их укрупнение. Последнее сопровождается сильным изменением структуры кластера и реакционной способности адсорбированных частиц», — рассказывает ведущий научный сотрудник отдела материаловедения и функциональных материалов д.х.н. Александр Лисицын.

Как отмечает соавтор работы, ведущий научный сотрудник отдела исследования катализаторов к.ф.-м.н. Евгений Герасимов, проведенная работа позволила получить данные для управления состоянием активного компонента.

«Самое интересное, что мы научились управлять состояниями атомов и частиц. Зная исходное состояние, мы можем привести систему в любое другое, которое нам требуется, а затем вновь вернуться к исходному. Также известно, что в различных каталитических реакциях есть размерные эффекты — соответственно, мы можем установить нужную скорость реакции при знании размеров частиц. Здесь есть перспективы для дальнейшего практического применения. И, что важно, мы определили действующие факторы и условия, при которых можно контролировать переход от крупных частиц в кластеры, одиночные атомы и т. д.», — говорит он.