Ученые из Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН, Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН, Новосибирского государственного университета и Омского государственного технического университета разработали катализатор на основе наночастиц из сплава платины и никеля, встроенных в углеродные нановолокна.
Сначала химики получили сплавы платины и никеля с различным соотношением путем термического разложения специально приготовленных предшественников из солей металлов. Затем ученые поместили сплав в реактор и провели реакцию каталитического разложения этилена при температуре 600°C.
В ходе этого процесса происходит отложение углерода, что приводит к фрагментации исходного сплава с образованием активных каталитических частиц. Образующиеся активные частицы в дальнейшем играют роль центров роста углеродных нитей (нановолокон). При этом, как отмечают ученые, при использовании в качестве катализатора чистой платины подобных процессов не происходит, она оказывается неактивной. Полученный композитный материал из углеродных нановолокон и наночастиц сплава платины и никеля исследователи охарактеризовали с помощью рентгеновской дифракции и электронной микроскопии, а затем проверили его активность как катализатора в электрохимической реакции получения водорода.
В ходе экспериментов учёные выяснили, что эффективность полученного катализатора повышается при увеличении доли никеля в сплаве. Так, больше всего углеродных нановолокон вырабатывается при использовании чистого никеля или сплава, состоящего на 10% из платины и на 90% — из никеля. В таком случае выход нановолокон повышается в 10–30 раз по сравнению с исключительно платиновым катализатором, составляя 30 грамм нановолокон на каждый грамм катализатора.
В электрохимической реакции получения водорода лучшие результаты также показали композитные материалы, в которые входили наночастицы из сплавов с 10% и 20% платины. При этом они оказались в два раза эффективнее коммерческого катализатора на основе платины на пористом углеродном носителе.
По мнению одного из авторов статьи, кандидата химических наук Антона Попова, особенность этих катализаторов заключается в том, что их можно получать в реакции каталитического разложения углеводородов. Он отметил, что эту реакцию можно использовать для утилизации углеводородов или их хлорпроизводных с получением полезных продуктов, таких как водород и углеродные волокна, содержащие в своем массиве каталитически активные частицы сплава.
Таким образом, учёные разработали способ получения композитного материала из углеродных нановолокон и наночастиц из платино-никелевого сплава, который может эффективно использоваться в катализе и электрокатализе. Применение этого материала позволяет сократить количество используемой платины на 80-90%, что значительно снижает его стоимость по сравнению с традиционными платиновыми катализаторами.