纳米级面漆可以增强负载的金纳米粒子催化剂

发布时间：2024-03-07 14:29:43 栏目：精选知识

导读 东京都立大学的研究人员开发出一种方法，将混合金属氧化物的单一纳米片添加到二氧化硅负载的金纳米颗粒中，以增强其催化活性。他们发现，将...

东京都立大学的研究人员开发出一种方法，将混合金属氧化物的单一纳米片添加到二氧化硅负载的金纳米颗粒中，以增强其催化活性。他们发现，将一氧化碳转化为二氧化碳后，反应所需的温度大大降低，与现有的金/二氧化硅结构涂层方法相比有了显着改进。该方法为开发各种新型高性能催化剂铺平了道路。



金纳米颗粒(直径小于五纳米的颗粒)被认为是化学反应的优异催化剂，特别是氧化反应，例如将有害的一氧化碳转化为二氧化碳。当它们安装在氧化钴等金属氧化物上时，效果非常明显，因为金属氧化物更容易发生相反的反应，即可还原氧化物。不幸的是，并非所有金属氧化物都是可还原的。例如，安装在二氧化硅等不可还原氧化物上的纳米颗粒并不能成为有效的催化剂。鉴于我们星球上存在丰富的二氧化硅，提高此类材料性能的方法将极大地促进工业部署。

这促使科学家们寻找改进负载型催化剂以提高其性能的方法。现在，东京都立大学 Tamao Ishida 副教授领导的团队提出了一种使用层状双氢氧化物(LDH)沉积混合金属氧化物(MMO)单纳米片的方法。LDH由金属氢氧化物纳米片组成，其中一些金属离子被带较高电荷的金属离子取代，使片材本身带有净正电荷;片材通过负离子粘合在一起。重要的是，单个纳米片可以剥离并单独使用。在这项研究中，研究小组将由铝和一系列其他金属组成的带正电荷的LDH纳米片涂在二氧化硅(一种带负电的结构)上，然后将它们暴露在高温(煅烧)下，形成MMO纳米层。

使用透射电子显微镜观察他们的新催化剂，他们发现纳米颗粒被一层厚度小于一纳米的涂层覆盖。为了测试它们的性能，该团队使用它们将一氧化碳转化为二氧化碳。即使在 300 摄氏度下，二氧化硅上的金纳米颗粒的转化率也只有 20% 左右，但他们的新型催化剂在仅 50 摄氏度时就显示出 50% 的转化率，降低了 250 多度。它还被发现优于流行的 MMO 涂层“浸渍”方法。有趣的是，人们发现较厚的 MMO 层会导致性能较差：高性能来自于亚纳米涂层。更详细地观察钴铝 MMO 层，他们发现层中存在大量氧缺陷;研究小组得出的结论是，缺陷填充层和金表面之间的密切协同作用导致了活性的增强。

新型催化剂具有出色的性能，钴含量极低，低于 0.3%wt。他们的发现为广泛的其他材料和全系列新型高性能催化剂的应用铺平了道路。