Katalizatory heterogeniczne znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle. Najskuteczniejszymi i najpowszechniejszymi katalizatorami są metale szlachetne takie jak platyna, jednak poszukiwane są ich tańsze odpowiedniki. W IChF PAN zaprezentowano nowatorski nanostrukturalny, bimetaliczny kompozyt otwierający nowe horyzonty w dziedzinie katalizy.
Katalizatory to nie tylko materiały wytworzone syntetycznie. Są one wszechobecne w przyrodzie wspomagając wiele reakcji biochemicznych np. pod postacią enzymów, bez których życie nie byłoby możliwe. Podobnie jest w przypadku zastosowania przemysłowego katalizatorów heterogenicznych. Przyspieszają one liczne procesy, od przetwarzania energii, po neutralizację szkodliwych zanieczyszczeń wydobywających się np. z komory spaleniowej w silniku samochodowym – przypomina Instytut Chemii Fizycznej PAN w prasowym komunikacie.
Najlepiej pod tym względem sprawdzają się metale szlachetne. Gdy np. toksyczne gazy dotkną ich powierzchni, ulegają natychmiastowemu rozkładowi, dając końcowe produkty w postaci czystego CO2 i H2O. Ich sekret tkwi w miejscach aktywnych występujących na powierzchni materiału, które polepszają adsorpcję półproduktów poszczególnych reakcji chemicznych i aktywują stany przejściowe reagentów, które w ostatecznym rozrachunku prowadzą do zrywania wiązań chemicznych i powstania małych cząsteczek. Pod względem wydajności tych procesów, metale szlachetne nie mają sobie równych. Jednak, ze względu ich ograniczone zasoby oraz wysokie ceny poszukiwanie ekonomicznych alternatyw ograniczających ilość zużycia metali szlachetnych stały się jednym z największych wyzwań przemysłu.
Od czego więc zacząć wytwarzanie stabilnego katalizatora zapewniającego wysoką wydajność określonego procesu? „Z pewnością od jego rozmiaru. W przypadku nanomateriałów, oferują one duży stosunek powierzchni do objętości zapewniając duży dostęp do miejsc aktywnych odpowiedzialnych za procesy katalityczne w porównaniu do większych materiałów (tzw. materiałów objętościowych). Zatem, niewielki rozmiar nanostrukturalnych katalizatorów czyni je niezwykle wydajnymi” – czytamy w prasowym komunikacie.
Ostatnio, naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej z grupy dr Izabeli S. Pięty przedstawili nanostrukturalne katalizatory bimetaliczne unieruchomione na powierzchni półprzewodnika o właściwościach fizyko-chemicznych odpowiednich do ich potencjalnego zastosowania w katalizie termicznej, fotokatalizie oraz elektrokatalizie. Opisane katalizatory dostały już wykorzystane m.in. w ogniwach paliwowych, tj. elektroutlenianie metanolu i etanolu, zrównoważonym zagospodarowaniu odpadami chemicznymi oraz w produkcji paliw, a także redukcji dwutlenku węgla pod kątem zastosowania w paliwach gazowych i ciekłych.
Tajemnica niezwykłej wydajności oraz selektywności nanostrukturalnych katalizatorów bimetalicznych tkwi w ich składzie, w którym łączy się dwa metale, np. dobrze znane metale szlachetne takie jak Pt-Au. Jeden z nich pełni rolę gospodarza, goszczącego na swej powierzchni drugi metal. Choć zdawałoby się, że jest to zwykły stop łączący dwa metale, to w nanoświecie wzajemne położenie poszczególnych atomów ma ogromne znaczenie. Struktury bimetaliczne wykazują wyższą aktywność katalityczną w porównaniu do ich odpowiedników złożonych tylko z jednego metalu.
Więcej na PAP – Nauka w Polsce
