Впервые катализаторы наноразмера наблюдались в реальном времени во время химической реакции. Ученые из Национальной Лаборатории Лоуренса в Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory) Министерства Энергетики США (U.S. Department of Energy) предвидят начало новой эры «умных» катализаторов, которые могут быть «научены» борьбе с загрязнениями окружающей среды, могут помочь наполнять водородные топливные элементы, содействовать в совершенствовании очистных технологий.

Для того, чтобы настроить катализатор для выполнения его функции, необходимо знать как минимум, как он (катализатор) адаптируется к химической реакции во время реакции. Вот это и есть проблема. Беспокойство при этом вызывает тот факт, что наблюдение за поведением катализатора во время реакции никем до настоящего времени серьёзно не исследовалось. До сих пор предполагалось, что количество и поведение катализатора, в отличие от других реагентов, при реакции не изменяется.

Ученые из Национальной Лаборатории Лоуренса в Беркли (LBNL), используя мощное спектроскопическое оборудование, наблюдали процессы реструктуризации катализаторов во время реакции под влиянием газов, барботирующих химическую среду.

Проводили работу Габор Соморджаи (Gabor Somorjai), известный специалист – химик, который не только работает в Отделе Материаловедения LBNL, но и преподает химию в Университете Калифорнии -Беркли (UC Berkeley), и спектроскопист из LBNL Микель Салмерон (Miquel Salmeron), который также преподает в Университете.

Спектороскопия позволяет обеспечить доступ к наблюдению и управлению этими реакциями для последующей «настройки» катализаторов. Предполагается, что такие знания помогут улучшить контроль загрязнений окружающей среды, а также технологии производства и оперирования топливными элементами. «Умные» катализаторы могут быть использованы для очистки воды от токсинов и зарядки водородных топливных элементов.

Ученые из Беркли использовали модернизированную спектроскопическую систему, которой оснащена одна из лабораторий по изучению источников излучения. В эксперименте исследовали наночастицы, составленные из двух каталитических металлов.

Исследователи наблюдали как частицы меняют свою структуру в присутствии различных реагентов. До настоящих исследований ученые были вынуждены полагаться на выборочные снимки катализаторов, сделанные до и после реакции. Наблюдение за катализаторами в реальном времени во время реакции исключительно важно для понимания механизма реакции и может помочь созданию «умных» катализаторов, которые меняются по ходу химической реакции.

Имея такую информацию, ученые предполагают разработать катализаторы- наночастицы, которые созданы для каждой конкретной реакции и имеют максимальную производительность.

Как маленькие хамелеоны, родиево-палладиевые наночастицы (слева) и платиново-палладиевые наночастицы (справа) в соответствии с данными электронной микроскопии и спектрального анализа, приспосабливаются к изменениям в окружающей среде.

Евгений Биргер