Развитие химических, физических и технических наук привело в конце XX века к появлению новой отрасли — нанотехнологии. В настоящее время наноматериалы активно создаются и быстро и широко внедряются в разные сферы жизни — промышленность, медицину, сельское хозяйство. Причина этого — комплекс новых и полезных свойств по сравнению с макроматериалами. К числу широко используемых наноматериалов относятся наночастицы серебра различного размера и формы. Как и все металлы в наноразмерном состоянии они имеют высокое соотношение площади поверхности к объёму, что придаёт им особые свойства и обуславливает большую эффективность работы при их использовании, например, в транзисторах, устройствах магнитной записи, в качестве катализаторов.
Кубок Ликурга. Фото со вспышкой (а) и при обычном освещении (б). Изменение цвета в зависимости от освещения (угла падения света) связано с наличием в стекле мельчайших частиц коллоидного золота и серебра. Фото: Brit_Mus_13sept10_brooches_etc_044.jpg: Johnbod/Wikimedia Commons/ CC BY-SA 3.0.
Нано, микро, макро частицы — катализаторы.
Нужно заметить, что человечество использует серебро уже не одну тысячу лет. Люди рано обнаружили его способность подавлять развитие опасной микрофлоры и успешно использовали это свойство для продления сроков хранения воды и пищевых продуктов, получения разнообразных лекарственных и косметических средств.
Были также замечены и необычные оптические свойства серебра и золота, благодаря которым при внесении этих металлов в небольших количествах в стекло оно приобретало красивую окраску. Поэтому их добавляли в изделия из стекла (например, в Древнем Риме). Свидетельство тому — кубок Ликурга (IV век).
Находящиеся в бронзовой оправе кубка вставки из окрашенного стекла содержат небольшие добавки сплава серебра (70%) с золотом (30%), который, как теперь установлено, состоит из наночастиц со средним диаметром 40 нм. Кубок имеет красный цвет в проходящем свете, а в отражённом он выглядит серо-зелёным, что придаёт ему красоту и загадочность. Другой пример использования небольших добавок благородных металлов в стекле — изготовление в XII—XVI веках лимонно-жёлтых витражей в католических и протестантских соборах Европы. Такое окрашивание — исключительно стойкое; кроме того, оно даёт возможность варьировать цвет стекла, изменяя режим плавки, а значит, размер и форму наночастиц. Последнее стало понятно лишь недавно, когда появились современные методы изучения наночастиц.
Продолжение статьи читайте в номере журнала
Источник: www.nkj.ru
Наночастицы серебра и нитрид бора помогут избавить выхлопы от угарного газа
Российские химики из НИТУ «МИСиС» разработали новый гибридный катализатор для окисления угарного газа, состоящий из гексагонального нитрида бора и серебряных наночастиц. Этот материал позволяет добиться полной конверсии монооксида углерода всего при 194 градусах Цельсия. Пока это значение уступает рекордным показателям, однако в будущем температуру катализа планируется снизить за счет увеличения концентрации серебра в гибридном материале, пишут ученые в Journal of Catalysis.
Наночастицы — что это и почему их так все боятся?
Для борьбы с этим эффектом химики активно ищут новые типы катализаторов для окисления CO, которые могут работать и при относительно невысоких температурах — в районе 150–200 градусов Цельсия. Например, недавно американские исследователи получили катализатор для окисления угарного газа на отдельных атомах платины, распределенных по поверхности оксида церия. Некоторые материалы позволяют окислять CO с более низкой степенью конверсии и при температурах ниже 100 градусов.
Группа ученых из России и Австралии под руководством Дмитрия Штанского (Dmitry V. Shtansky) из Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» нашла новый эффективный катализатор, который можно использовать для конверсии угарного газа. Ученые показали, что для этой цели перспективны гибридные материалы на основе гексагонального нитрида бора и серебряных наночастиц. Аналогичные материалы, в которых нитрид бора служил матрицей-носителем для металлических наночастиц катализатора, уже предлагали использовать в том числе и для окисления угарного газа, однако раньше в качестве металлов выбирали в первую очередь золото и платину.
Оказалось, что эффективным катализатором могут быть гибридные материалы и с более дешевыми серебряными наночастицами. Для их получения химики использовали реакцию разложения нитрата серебра под действием ультрафиолета в растворе полиэтиленгликоля. Такой подход позволяет получить монодисперсные частицы серебра размером до 10 нанометров, которые равномерно осаждаются на поверхность слоистого нитрида бора и на полимерную матрицу полиэтиленгликоля.
Наиболее эффективным с точки зрения катализа оказались материалы с максимальной концентрацией серебряных наночастиц, которая составила около 1,4 процента по массе. Такой гибридный катализатор позволяет окислять угарный газ до углекислого при температуре 194 градусов Цельсия. Этот показатель пока далек от рекордных значений, однако по словам авторов работы, в будущем температуру работы катализатора можно снизить за счет увеличения концентрации наночастиц серебра, в частности, за счет перевода их из полимерной матрицы на нитрид бора.
Тем не менее, ученые отмечают, что и текущие параметры катализаторов позволяют использовать их уже сейчас, например, для систем очистки вредных выбросов на заводах. В будущем за счет снижения температуры конверсии угарного газа подобные материалы, вероятно, можно будет применять и для снижения доли монооксида углерода в автомобильных выхлопах.
Если для очистки вредных выбросов актуальна разработка катализаторов для окисления угарного до углекислого, то для решения других технологических и экологических проблем активно разрабатываются катализаторы и для других газовых реакций: например, разложения метана или восстановления углекислого газа до углеводородов. Подробнее о наиболее важных проблемах современного гетерогенного катализа вы можете прочитать в интервью с британским химиком Грэмом Хатчингсом.
Источник: nplus1.ru
Наночастицы серебра как катализаторы
Катализатор с наночастицами серебра очистит воздух от смога и промышленных выбросов
22 декабря 2016
Химики Томского государственного университета (ТГУ) создают принципиально новый серебряный катализатор на основе наноструктурированного серебра и оксида церия для очистки воздуха, сообщает пресс-служба ТГУ.
Катализатор будет способен разлагать токсичный угарный газ, формальдегид и другие вредные летучие вещества на безопасные компоненты, а благодаря наноструктурированной основе такой катализатор может быть эффективен даже при комнатной температуре и использоваться как фильтр для вентиляции помещений, отмечается в сообщении.
Как мы писали ранее, в ТГУ ведутся работы над созданием новых катализаторов на основе диоксида церия и благородных металлов. Катализаторы на основе диоксида церия в соединениями с другими веществами — оксидами редкоземельных металлов, циркония, титана и благородных металлов не являются новинкой. Как правило, диоксид церия получают химическими методами. Ученые ТГУ разрабатывают альтернативные, экологически безопасные методы получения диоксида церия, а также новый подход химиков ТГУ состоит в использовании наноструктурированных материалов. Для получения катализатора нового типа они синтезируют особый тип силикагеля – SBA‑15, который состоит из нанотрубок оксида кремния диаметром 6-10 нм.
«Каждая нанотрубка используется как наноразмерный реактор – внутри нее мы проводим синтез частиц серебра и оксида церия размером менее 3 нм. После этого каждая нанотрубка с частицами становится катализатором. Наша задача – равномерно распределить частицы внутри нанотрубки и организовать специальное взаимодействие между ними, которое обеспечит высокую каталитическую активность в окислении вредных веществ», – приводится в сообщении пояснение руководителя проекта, старшего научного сотрудника Лаборатории каталитических исследований (ЛКИ) ТГУ Григория Мамонтова.
Как пояснили в пресс-службе, ранее уже изучались отдельных компонентов наноструктурированного катализатора, но идея использовать все эти компоненты в единой структуре принадлежит химикам ТГУ. В рамках проекта, поддержанного грантом президента России, в 2017 – 2018 годах ученые исследуют закономерности формирования нового наноматериала и его каталитическую активность. После этого химики перейдут к прикладной задаче – созданию высокоэффективного катализатора для очистки воздуха. Как предполагают авторы, полученный катализатор в виде порошка или гранул можно будет засыпать в воздухоочистительное устройство дома, офиса или производственного цеха. При этом его не нужно будет подогревать, поскольку он будет работать при комнатной температуре.
Авторы отмечают, что катализатор будет эффективен для борьбы с угарным газом и формальдегидом, однако он будет способен разлагать на безопасные компоненты и другие вредные летучие вещества. Как полагают авторы разработки, такой катализатор будет востребован в индустриальных районах и городах для борьбы с промышленными выбросами, а также со смогом от лесных пожаров, который также содержит большое количество угарного газа. Также, по мнению авторов, его можно будет адаптировать для нейтрализации газовых сбросов химических предприятий и выхлопной системы автомобилей.
Источник: rareearth.ru