Найден способ активировать золото для обезвреживания угарного газа

Ученые из Института органической химии имени Н.Д. Зелинского РАН (Москва) с коллегами проследили, как в нанокластерах платины и золота, содержащих до 24 атомов, активные центры возникают, перестраиваются и изменяют свои свойства при взаимодействии с реакционной средой (в первую очередь с угарным газом).

Исследователи выполнили около 12 тысяч расчетов с использованием метода теории функционала плотности, позволяющего описывать электронное строение и свойства веществ. Методы машинного обучения добавили более 80 тысяч точек данных для анализа взаимодействия кластеров с реагентами. Это позволило сопоставить множество составов и вариантов расположения атомов в катализаторе.

Расчеты показали, что связывание угарного газа с атомами в кластере определяется прежде всего локальным окружением активного центра катализатора: тем, какие атомы находятся непосредственно рядом с присоединяющейся частицей. Поэтому, чтобы оценить активность катализатора, нужно учитывать набор доступных структур кластера. Разные варианты расположения атомов могут создавать сходные участки для связывания реагентов.

Кроме того, ученые выяснили, что особую роль в связывании и превращении угарного газа играет носитель из графена (углеродного слоя толщиной в один атом), на который можно поместить нанокластеры катализатора. Исследователи рассмотрели кластер из атомов платины и золота на графене с одиночной вакансией: участком, где отсутствует один атом углерода. Такой дефект закрепляет кластер и изменяет распределение электронной плотности, благодаря чему изначально неактивные атомы золота вовлекаются в доступные пути окисления угарного газа. Благодаря этому энергетический барьер (количество энергии, необходимое для превращения) снижается на 23%.