Австралийские ученые создали катализатор, который использует следовые количества платины, но работает эффективнее дорогих аналогов. Исследование опубликовано в журнале Nature Chemistry. Платина — один из самых эффективных катализаторов химических реакций. Но его промышленное использование затруднено из-за высокой стоимости металла и больших энергозатрат на работу платиновых систем.

Австралийские химики нашли способ использовать крошечные количества платины для создания мощных реакций без дорогостоящих затрат на энергию. В своей работе исследователи соединили платину с жидким галлием, температура плавления которого составляет всего 29,8 °C. Платина, которая при нормальных условиях плавится при температуре, превышающей 1 700 °C, растворяется в жидком галлии. При этом, как отмечают исследователи, термическая обработка требуется только на начальной стадии, когда платина растворяется в галлии для создания каталитической системы.

Химики объясняют, что при использовании классических катализаторов на основе платины в химической промышленности нужно поддерживать высокую температуру для плавления металла. Для новой разработки достаточно нагреть систему галлия и платины до температуры около 300 °C в течение одного или двух часов при создании катализатора.

Шарики платины в жидком галлии. Фото: Arifur Rahim, UNSW Sydney

Существуют альтернативные твердотельные каталитические системы на основе углерода, которым не требуются сверхвысокие температуры. Однако доля платины в них должна достигать 10%. А для эффективной работы новой системы, по словам разработчиков, достаточно 0,01% драгоценного металла. При этом в процессе эксперимента исследователи обнаружили, что жидкий катализатор оказался в 1 000 раз эффективнее твердотельного. Оказалось, что в жидкой системе при комнатной температуре не образуется твердая платина. Атомы драгоценного металла распределяются внутри жидкого галлия.

Платина на самом деле находится немного ниже поверхности и активирует атомы галлия вокруг нее. Таким образом, волшебство происходит с галлием под влиянием платины, – Эндрю Кристоферсон, соавтор работы из Мельбурнского королевского технологического института.

Химики говорят, что за счет стоимости и высокой эффективности новый катализатор способен совершить революцию в промышленном производстве. Например, он пригодится в синтезе аммиака при производстве удобрений и создании экологически чистых топливных элементов. Кроме того, расширяя новый метод создания катализаторов, можно получить более тысячи возможных комбинаций элементов для тысяч различных реакций.