Химики МГУ уберут платину из автомобильных катализаторов

МОСКВА, 15 июл – РИА Новости. Российские химики создали катализатор на базе церия, который сможет заменить соединения из платины и других драгоценных металлов, применяемых сегодня в автомобильных глушителях и на химических предприятиях. "Рецепт" по сборке этого вещества был представлен в журнале Applied Surface Science.

Платина и другие благородные металлы, а также их "соседи" по периодической таблице, сегодня активно применяются в качестве различных катализаторов, способных окислять или восстанавливать водород, угарный газ и ускорять десятки других химических реакций, критически важных для существования цивилизации.

Огромная важность платины для экономики, а также ее ограниченные запасы и высокая цена заставляют ученых искать замену для реагентов на ее основе. К примеру, в последние десять лет физики и химики пытаются создать вещества, ускоряющие окисление водорода и угарного газа, используя никель и другие металлы, похожие по свойствам на платину, палладий или родий.

Относительно недавно, как отмечает Игорь Каплин, аспирант химического факультета МГУ, ученые начали задумываться о том, что для решения этой задачи можно использовать катализаторы не на базе одного, а нескольких металлов, чья комбинация будет повторять по своим свойствам уникальные качества платины и ее "кузин".

К примеру, российские ученые уже долгое время пытаются создать подобное соединение, экспериментируя с оксидами церия, окислами редкоземельного металла. Они сейчас широко применяются в качестве одного из компонентов платиновых катализаторов для автомобилей.

Смешивая их с соединениями других металлов, ученые пытались получить вещество, которое бы так же эффективно окисляло водород и углеводороды, как и дорогостоящие соединения благородных металлов. Наибольшего успеха они добились, объединив оксиды церия, марганца и циркония.

«

"Наша цель состояла в том, чтобы выяснить, как лучше проводить модификацию марганцем, а также в какой форме он окажет более сильное положительное влияние на каталитические свойства. Думаю, что мы в определенной степени с этим справились, однако нужно еще выяснить, как его концентрация влияет на эффективность системы", — отметил Каплин.

Свойства подобных катализаторов, как показали опыты российских химиков, очень сильно зависят от того, как хорошо "перемешаны" их компоненты, как они расположены относительно друг друга и каким образом они контактируют с реакционной средой.

© Applied Surface Science 2019 / doi:10.1016/j.apsusc.2019.04.206

Схема устройства катализатора, который "изгонит" платину из выхлопной системы автомобилей

Оказалось, что реакцию по синтезу катализатора можно выстроить так, что марганец распределится по поверхности частиц окиси церия и циркония не равномерным образом, а сконцентрируется в виде микроскопических островков, разбросанных по их поверхности.

Подобная структура, несмотря на уменьшение площади, покрытой соединениями марганца, заметно активнее окисляла угарный газ и другие продукты частичного сгорания топлива, чем "обычный" катализатор на базе трех этих металлов. Это в особенности было характерно для низких температур, при которых и платиновые, и цериевые катализаторы работают достаточно плохо.

Как надеются ученые, в скором времени их разработка найдет свое место в быту и промышленности, что снизит потребление в платине и замедлит истощение ее запасов на Земле.