Физики из Университета Корнелла разработали технологию, благодаря которой металлические наночастицы самоорганизуются в упорядоченные структуры. Образующийся пористый материал может быть использован как эффективный катализатор для топливных элементов, работающих на водороде, и некоторых промышленных процессов. Работа ученых опубликована в журнале Science.
Физики получили материал, состоящий из атомов платины, образующих регулярную структуру с шестиугольными порами размером около десяти нанометров - существенно шире, чем все, что удавалось создать до сих пор.
Суть технологии заключается в следующем: наночастицы металла диаметром около двух нанометров покрываются органическим материалом - лигандом. "Одетые" наночастицы металла помещали в раствор полимера, представляющего собой молекулярный каркас: он состоит из двух типов длинных цепей, которые соединяются друг с другом, образуя регулярные структуры. Покрытие наночастиц лигандом изменяет их поверхностные свойства и делает растворимыми в растворе полимера в высоких концентрациях. При смешивании наночастиц, покрытых лигирующим материалом, с полимером, они встраивались в его структуру. Таким образом ученые "заставляли" наночастицы расположиться в регулярном порядке.
На следующей стадии смесь полимера и наночастиц нагревали в отсутствии воздуха. В таких условиях молекулы полимера спекались в твердый каркас. Поверхность наночастиц металла имеет очень низкую температуру плавления, поэтому они также спекались вместе. Затем ученые продолжали нагрев смеси до более высоких температур, но уже в присутствии воздуха. При этом молекулы лиганда и полимерный каркас сгорали, и ученые получали наночастицы металла, организованные в регулярную структуру. С помощью созданной технологии ученые смогли получить куски "пористой платины" размером до полумиллиметра.
Авторы работы считают, что, используя новую технологию, можно получать регулярные структуры из различных металлов, а не только из платины. Ученые видят несколько возможных областей применения подобных материалов. Так, платина является одним из лучших катализаторов для водородных топливных элементов, а пористая структура позволяет увеличить эффективность ее использования и существенно сократить количество дорогого металла на один элемент. Поры образуют большую поверхность, на которой топливо может соприкасаться с платиной.