Одним из наиболее распространенных катализаторов на основе благородных металлов является наноструктурированная платина, используемая, в частности, для создания топливных элементов. Естественно, что при этом размер и структура поверхности наночастиц сильно влияет на их каталитическую активность.
Недано было показано, что наночастицы платины, сопряженные с наночастицами оксида железа, могут демонстрировать более высокую каталитичекую активность в реакции восстановления кислорода (ORR) по сравнению с чистой платиной.
Наночастицы Pt были синтезированы восстановлением ацетилацетоната платины (Pt(acac)2) при 200оС в присутствии следовых количеств Fe(CO)5. Затем смесь наночастиц Pt и пентакарбонила железа Fe(CO)5 нагревали при перемешивании до 300оС в октадецене с добавлением олеиновой кислоты и олеиламина, а затем реакционную смесь продували воздухом для окисления железа. Размер полученных наночастиц Pt зависел от температуры, при которой к раствору прибавлялся пентакарбонил железа. Так, при добавлении при 120о, 160о и 180о получались, соответственно, наночастицы размером 7, 5 и 3 нм. Размер наночастиц Fe3O4 зависел от количества добавленного Fe(CO)5. Данные просвечивающей электронной микроскопии свидетельствуют о срастании наночастиц железа и платины, что также подтверждается XPS спектрами и электрохимическими измерениями.
Изменение электронной структуры полученных "бинарных наночастиц" приводит к значительному повышению каталитической активности наночастиц платины. При этом каталитическая активность полученного катализатора значительно зависит от размера наночастиц оксида железа.
Для сравнения каталитической активности полученного материала и наноструктурированной платины были проведены измерения на вращающемся дисковом электроде в 0.5М растворе KOH, насыщенном кислородом. Так, при напряжении -0,1 B (отн. Hg/HgO) (электро)каталитическая активность 5 нм частиц Pt на 17 нм Fe3O4, отнесенная к массе навески, достигала 142.4 мА/мг, в то время как для чистых наночастиц платины размером 5 нм она составляла всего 7.2 мА/мг.
Проведенные исследования еще раз подтверждают актуальность исследований в области наночастиц - "янусов" и наночастиц - "кентавров"...
Но где зарыт минус?