Исследователи обрабатывают золото улучшенным катализатором.
Защита тиолом и органическими полимерами-два существующих способа повысить упругость наночастиц золота.
Впервые исследователи, в том числе из Токийского университета, обнаружили способ повысить долговечность золотых катализаторов путем создания защитного слоя из кластеров оксидов металлов. Улучшенные золотые катализаторы могут выдерживать больший диапазон физических воздействий, чем незащищенные эквивалентные материалы.
Это усовершенствование могло бы расширить диапазон возможных применений катализаторов, а также снизить потребление энергии и затраты в некоторых ситуациях. Эти катализаторы широко используются в промышленности, включая химический синтез и производство лекарств, эти отрасли могли бы извлечь выгоду из усовершенствованных золотых катализаторов.
Золото любят все: спортсмены, пираты, банкиры-все. Исторически это был привлекательный металл, из которого изготавливали такие вещи, как медали, ювелирные изделия, монеты и так далее. Причина, по которой золото кажется нам таким блестящим и привлекательным, заключается в том, что оно химически устойчиво к физическим воздействиям, которые в противном случае могли бы потерять свои свойства: например, к нагреву, давлению, окислению и другим вредным воздействиям.
Однако, как это ни парадоксально, в наноскопических масштабах крошечные частицы золота обращают вспять эту тенденцию и становятся очень реакционноспособными, настолько, что в течение длительного времени они были необходимы для создания различных видов катализаторов, промежуточных веществ, которые ускоряют или каким-либо образом позволяют протекать химической реакции. Другими словами, они полезны или необходимы для превращения одного вещества в другое, отсюда их широкое применение в синтезе и производстве.
«Золото-замечательный металл, и его по праву хвалят в обществе, и особенно в науке»,-сказал доцент Косуке Сузуки с факультета прикладной химии Токийского университета. «Оно отлично подходит для катализаторов и может помочь нам синтезировать целый ряд веществ, включая лекарства.»
«Причины этого заключаются в том, что золото обладает низким сродством к поглощающим молекулам, а также высокой избирательностью в отношении того, с чем оно связывается, поэтому оно позволяет очень точно контролировать процессы химического синтеза. Золотые катализаторы часто работают при более низких температурах и давлениях по сравнению с традиционными катализаторами, требуя меньше энергии и снижая воздействие на окружающую среду».
Исследователи добывают золото с помощью улучшенного катализатора Изображение новой наночастицы с атомным разрешением, полученное исследователями с использованием метода, называемого кольцевой сканирующей просвечивающей электронной микроскопией в темном поле. Однако, каким бы хорошим ни было золото, у него есть некоторые недостатки. Оно становится более реакционноспособным по мере того, как из него образуются частицы меньшего размера, и наступает момент, когда катализатор, изготовленный с использованием золота, может начать отрицательно воздействовать на тепло, давление, коррозию, окисление и другие условия. Сузуки и его команда полагали, что они могли бы улучшить эту ситуацию, и разработали новое защитное средство, которое могло бы позволить золотому катализатору сохранять свои полезные функции, но в большем диапазоне физических условий, которые обычно препятствуют или разрушают типичный золотой катализатор.
«Современные наночастицы золота, используемые в катализаторах, обладают определенным уровнем защиты благодаря таким агентам, как додекантиолы и органические полимеры. Но наш новый препарат основан на кластере оксидов металлов, называемых полиоксометалатами, и он обеспечивает гораздо более высокие результаты, особенно в отношении окислительного стресса»,-сказал Сузуки.
«В настоящее время мы исследуем новые структуры и области применения полиоксометалатов. На этот раз мы нанесли полиоксометалаты на наночастицы золота и убедились, что полиоксометалаты повышают долговечность наночастиц. Реальной проблемой было применение широкого спектра аналитических методов для тестирования и верификации всего этого».
Команда использовала множество методов, известных под общим названием спектроскопия. В ней использовалось не менее шести спектроскопических методов, различающихся по видам информации, которую они предоставляют о материале и его поведении. Но, вообще говоря, они работают, направляя определенный вид света на вещество и измеряя с помощью специализированных датчиков, как этот свет каким-то образом изменяется. Сузуки и его команда потратили месяцы на проведение различных тестов и различных конфигураций своего экспериментального материала, пока не нашли то, что искали.
«Мы движимы не только попытками улучшить некоторые методы химического синтеза. Существует множество применений наших усовершенствованных наночастиц золота, которые можно было бы использовать на благо общества»,-сказал Сузуки. Катализаторы для борьбы с загрязнением окружающей среды (многие бензиновые автомобили уже оснащены знакомым каталитическим нейтрализатором), менее вредные пестициды, экологичная химия для возобновляемых источников энергии, медицинские вмешательства, датчики для обнаружения патогенов пищевого происхождения-список можно продолжать.
«Но мы также хотим пойти дальше. Нашими следующими шагами будет улучшение ряда физических условий, к которым мы можем сделать наночастицы золота более устойчивыми, а также посмотреть, как мы можем придать некоторую долговечность другим полезным каталитическим металлам, таким как рутений, родий, рений, и, конечно, тому, что люди ценят даже выше золота: платине».
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.