Forskere producerer et farveløst reservoir af platinmetallignende enkeltatomer i væske

Understøttede enkeltmetalatomer har tiltrukket bred interesse for deres demonstrerede høje effektivitet i enkeltmetalkatalyse. Fremstilling af sådanne katalysatorer, imidlertid, forbliver udfordrende, da de neutrale metalatomer har en stærk tendens til at agglomerere til metalpartikler i typiske præparater.

Forskere ved Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) fra det kinesiske videnskabsakademi og University of Delaware har rapporteret en måde at fremstille et farveløst væskereservoir af metallignende diskrete platinatomer. Deres resultater blev offentliggjort i Naturkommunikation .

Platinchloridsalte reduceres af alkoholer til enkelte platinmetalatomer i et miljøvenligt flydende overfladeaktivt stof. De individuelle Pt-atomer er afskærmet af en kappe af hydrochlorider og forankret i væsken gennem rigelige oxygenatomer. Fremstillingen af ​​de metallignende Pt-atomer er skalerbar.

Som ædelmetal, metalliske Pt-nanopartikler på kulstof- eller oxidunderstøtninger er meget udbredt i olieraffinaderier og kemiske industrier på grund af deres unikke katalytiske funktioner. "Reserven af ​​Pt på jorden er begrænset, og omkring 5,6 tons Pt forbruges hvert år kun i silikoneindustrien, " sagde Z. Conrad Zhang, der ledede forskningen.

Forskerne testede den katalytiske ydeevne af væsken fyldt med Pt-atomer. "Vi fandt ud af, at de elektronmangelfulde Pt-atomer i væsken udviste superhøj aktivitet og høj selektivitet for reaktionen sammenlignet med kendte Pt-katalysatorer, " sagde LIU Kairui, en kandidatstuderende og hovedforfatter af papiret.

De forankrede diskrete Pt-atomer aggregerer ikke under reaktionsbetingelser - bevarer høj aktivitet og forbliver farveløse gennem gentagne anvendelser. "Den høje aktivitet, selektivitet og stabilitet af denne katalysator kan dramatisk reducere mængden af ​​Pt, der forbruges af silikoneindustrien og kan være bredt anvendelig til andre applikationer, " sagde Zhang.

Selvom væsken fyldt med Pt-atomer er stabil ved 120°C og forbliver klar i over seks måneder på hylden ved omgivelsestemperatur, forskerne fandt ud af, at det blev mørkt på grund af aggregering af Pt-atomerne, når det blev udsat for røntgen- eller elektronstråler, der ofte bruges til at karakterisere Pt-atomerne. For at løse denne udfordring, forskerne henvendte sig til 195Pt nuklear magnetisk resonans (NMR) spektroskopi som værktøjet, der viste sig at give utvetydige beviser for de producerede Pt-atomer.

"NMR-spektroskopiske data for væsken viste ikke kun utvetydigt den diskrete natur af mononukleære Pt-atomer, men afslørede også kun et kulilte koordineret til et Pt-atom, " sagde professor Bai Shi fra University of Delaware.

"Vi udvider lagrene for forskellige metalatomer i vores nuværende forskning. Den vellykkede syntese af let aftagelige kapper af Pt-atomer i flydende fase kan potentielt muliggøre atomisk kontrollerbar fremstilling af katalytiske materialer og metalliske materialer ved design, " sagde Zhang.