Secondo uno studio pubblicato su Nano Letters , i ricercatori guidati dal Prof. Wu Zhikun dell'Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS) hanno ottenuto nanocluster in lega a base di palladio (Pd) ridotti (abbreviati in Au₄ Pd₆ e Au₃ AgPd₆ ) per la prima volta.

Au₃ AgPd₆ è il più piccolo nanocluster in lega trimetallica con composizione/struttura ben definita finora, secondo i ricercatori.

La catalisi è strettamente correlata alla superficie. Per i catalizzatori metallici, l'aumento della proporzione di atomi di superficie può migliorare l'efficienza di utilizzo dei metalli, il che è particolarmente importante per i catalizzatori di metalli nobili come l'oro e il platino. Pertanto, la riduzione del numero di atomi del kernel nel nanocluster di metallo dovrebbe migliorare l'efficienza di utilizzo del metallo e un caso estremo consiste nel ridurre il numero di atomi del kernel a uno solo. Tuttavia, la sintesi di nanocluster con kernel singolo è difficile, specialmente quando gli atomi del kernel sono atomi di metallo relativamente attivi come argento (Ag) e rame (Cu) a causa di problemi di stabilità.

È noto che la lega non solo può migliorare le prestazioni catalitiche dei cluster, ma anche stabilizzarli. Sono stati segnalati un gran numero di nanocluster in lega con metallo del gruppo 11 (oro (Au), Ag, Cu) come corpo principale, ma non sono stati menzionati nanocluster in lega con Pd ridotto come corpo principale, principalmente perché Pd e tiolato possono formano facilmente una struttura a corona con carica +2, molto stabile e difficile da ridurre.

Per evitare la formazione di strutture a corona, devono essere adottate alcune procedure speciali, come la procedura di aumento dell'impedimento sterico del tiolato. D'altra parte, la stabilità conferisce al complesso Pd-tiolato la capacità di proteggere il kernel del singolo atomo come un guscio, il che ispira entusiasmo per l'indagine di sintesi. Sfortunatamente, i nanocluster a base di Pd con un singolo nucleo di atomo d'argento non sono stati ottenuti con il tradizionale metodo di co-riduzione del sale metallico misto.

La riduzione anti-galvanica (AGR) recentemente proposta ha fornito una nuova soluzione:il metodo di co-riduzione può essere utilizzato prima per sintetizzare il cluster Au-Pd con un singolo kernel di atomo d'oro, quindi AGR viene utilizzato per sostituire l'atomo d'oro del kernel con un atomo di Ag .

In questo studio, i ricercatori hanno scelto la CO₂ elettroriduzione come reazione modello per studiare le prestazioni catalitiche dei nanocluster di lega ottenuti grazie al suo significato. I risultati hanno mostrato che Au₃ AgPd₆ aveva una migliore attività catalitica e selettività rispetto a Au₄ Pd₆ (l'efficienza di Faraday di CO₂ a CO è rispettivamente del 94,1% e dell'88,1%, indicando che l'AGR può non solo migliorare le prestazioni catalitiche, ma anche migliorare l'efficienza di utilizzo dell'oro (100%) e ridurre il costo del catalizzatore.

Rispetto al precedente Au₄₇ Cd₂ ottenuto con il metodo AGR a due fasi, l'attività di massa dell'Au₃ così ottenuto AgPd₆ era anche più alto (55,6 e 266,7 mA mg ^-1 , rispettivamente).

Ulteriori esperimenti hanno dimostrato che l'atomo del kernel non è il sito attivo della reazione, ma può modificare le proprietà catalitiche e di altro tipo regolando la struttura elettronica del nanocluster, che fornisce un riferimento per regolare le prestazioni del cluster.

"Questo lavoro è importante per ulteriori ricerche", ha affermato il Prof. Wu. "Abbiamo presentato la strategia per il miglioramento dell'efficienza nell'utilizzo dei pasti e proposto il concetto di 'catalizzatore di nanocluster con kernel singolo'".

Questo studio approfondisce la comprensione dei siti attivi dei cluster e fornisce una guida per la ricerca e le applicazioni successive. + Esplora ulteriormente

Progettazione personalizzata di nanocluster d'argento