Источник:  A-Star, compulenta.ru

Четверть века назад учёные считали золото одним из самых инертных металлов, но затем было обнаружено, что дисперсии золотых наночастиц обладают высокой каталитической активностью.

 Вскоре выяснилось, что золотые наночастицы способны активировать многие промышленно важные реакции, такие как удаление токсичного угарного газа из индустриальных выбросов.

И хотя сегодня достоинства наноразмерного золота известны очень хорошо, приготовление этого материала в форме, допускающей многоразовое использование без потерь и деградации свойств, остаётся той задачей, решение которой позволит снять последнее ограничение на пути использования в промышленности.

Исследование, проведённое группой Мин-Юн Ханя из Института изучения материалов и инжиниринга и командой Юн-Вэй Чжана из Института высокопроизводительных вычислений (оба из конгломерата A*STAR, Сингапур), показало, что стабильность наночастиц золотого катализатора может быть резко увеличена, если покрыть их защитным слоем из диоксида титана с помощью специально разработанного метода.

Новая технология позволяет получать так называемые янусоподобные (двуликие) наноструктуры, которые способны почти полностью сохранять каталитическую активность незащищённых наночастиц золота, причём без осложнений, связанных с необратимой агрегацией наночастиц (что обычно становится причиной резкого снижения реакционной способности последних). Названные в честь двуликого римского бога — покровителя всех дверей (входов и выходов), переходов и начинаний — янусоподобные наноструктуры объединяют два (и более) близких по размеру компонента, которые соединены небольшими смычками, что и позволяет максимизировать площадь их активной поверхности.

Положительный эффект объединения наночастиц золота с диоксидом титана известен давно, однако до результатов, полученных в этом исследовании, детальное понимание механизма, посредством которого два компонента объединяются, ускользало от учёных.

Сингапурцы использовали нетрадиционное хелатирующее соединение диизопропоксид бис(ацетилацетонат)титана в качестве центров кристаллизации для выращивания диоксида титана на золоте с экстремально низкой скоростью.Точно контролируя темп добавления этого необычного реагента к коллоидному раствору, содержащему сферические и продолговатые наночастицы золота, учёные наблюдали образование трёх совершенно разных наноструктур: Янус-геометрию, частичное инкапсулирование с эксцентричной геометрией и концентрическое покрытие по типу «ядро — оболочка».

Дальнейшее исследование каталитических свойств показало, что реакционная способность и долговечность золото-диоксид-титановых Янус-структур обладает уникальными достоинствами в сравнении с двумя другими геометриями. Так, восстановление молекулы 4-нитрофенола протекает намного быстрее при катализе Янус-наночастицами, чем с эксцентрическими и концентрическими наночастицами, бόльшая часть поверхности которых заключена в соответствующее покрытие. Более того, защитное покрытие из диоксида титана на гибридном катализаторе с геометрией Януса предполагает быстрое повторное использование наночастиц с минимальными потерями в активности. В противоположность этому, незащищённые наночастицы золота полностью агрегируют в нереакционноспособные кластеры всего после пяти циклов использования.