Катализаторами химических реакций обычно называют
вещества, которые существенно ускоряют ход той или иной реакции
(например, A ® B), но сами при этом не расходуются. Это, конечно, так.
Но в идеале катализаторы должны не только увеличивать скорость реакции,
но и проявлять селективность (избирательность) своего действия (A ® B
или A ® C) или даже способствовать образованию менее выгодного с
энергетической точки зрения соединения
Важным требованием к катализаторам является также их устойчивость
при высокой температуре. В качестве катализаторов часто используются
металлические наночастицы, обладающие большой удельной (в расчете на
единицу массы) площадью поверхности. Селективность их действия
определяется химическим составом и размерами наночастиц. Проблема,
однако, заключается в слипании наночастиц при нагреве до температуры
реакции и соответствующей потере ими своих каталитических свойств.
О новых результатах в области нанокатализа сообщается в февральском
номере журнала Nature Materials [1, 2]. В работе [1] наночастицы Pt,
имевшие форму тетраэдров с параллельными плоскостям (111) гранями, были
использованы для стимуляции перехода молекул бутана из одного изомера в
другой, менее устойчивый в газовой фазе. При повышении температуры до
575 К форма наночастиц изменялась, и они становились катализаторами
обратного перехода между этими же изомерами. В работе [2] наночастицы
(опять же из Pt) покрывали мезопористыми «оболочками» SiO2,
которые препятствовали агломерации наночастиц вплоть до температуры
1000 К. Эти оболочки, однако, не подавляли каталитическую способность
наночастиц благодаря наличию в них пор, достаточно широких для переноса
реагентов к поверхности наночастицы, а продуктов реакции – от нее.
Науку о катализе часто критикуют за ее эмпирический характер. Как бы
в ответ на эту критику авторы [1] выполнили численные расчеты
электронной и кристаллической структуры наночастиц первопринципными
методами и показали, что причиной повышенной каталитической активности
исследованных ими наночастиц является реконструкция поверхности,
сопровождающаяся изменением ее электронных характеристик.
- 1. I.Lee et al., Nature Mater. 8, 132 (2009)
- 2. G.Somorjai et al., Nature Mater. 8, 126 (2009)
|
