Каталитические свойства нанодисперсных систем.

Каталитическая активность наночастиц определяется рядом конкурирующих факторов, обусловленных размерными квантовыми, геометрическими, и кинетическими эффектами. Наиболее благоприятные условия для катализа создаются когда молекулы реагента быстро адсорбируются на частице и медленно десорбируются, но имеют высокую ПВ подвижность и следовательно большую скорость реакции на ПВ. Если это условие в наносистеме реализуется с большей вероятностью чем в макроскопическом материале, нанокатализатор будет иметь повышенную активность. Однако, если размер частиц меньше длины пробега адсорбированных молекул по ПВ то вероятность встречи реагентов уменьшается. Передвижение молекул с одной грани на другую могут препятствовать также ребра малого кристалла, по этим причинам каталитическая активность наноматериала будет падать. Геометрический эффект обусловлен тем, что в малых частицах велика доля атомов, находящихся на ПВ и имеющих поэтому иную электронную конфигурацию, по сравнению с атомами, расположенными в объеме частицы. При этом важно количественное соотношение атомов, расположенных на гранях, ребрах, и вершинах частицы. Если наиболее активные атомы расположены на ребрах и вершинах, тогда каталитическая активность растет с уменьшением размера частиц, в другом случае если каталитически активные атомы расположены на гранях, то повышение скорости реакции будут обеспечивать более крупные частицы. С точки зрения квантовых размерных эффектов наибольшая каталитическая активность у малых частиц должна наблюдаться, когда расстояние между энергетическими уровнями дельта близко к тепловой энергии. Это позволяет оценить размер частицы, при котором каталитические свойства наноматериалов будут выражены наиболее сильно. Для Ме энергия Ферми будет составлять около 10эВ а дельта приблизительно 0,025 эВ.

На рис.5 показана влияние дисперсности частиц никеля на удельную каталитическую активность в реакции гидрогидролиза этана. Наблюдается возрастание У.А.А в 2-3 раза при уменьшении размера наночастиц Ме до величины менее 1 нм.

Для платины нанесенной на оксид алюминия наоборот обнаружен рост каталитической активности при увеличении размера.

Наноразмерные катализаторы используются в виде порошков, реже в виде суспензий, иногда в виде волокон или пленок. Чаще всего в качестве катализатора применяют катализатора применяют порошки меалов и сплавов, наноразмерные оксиды и соли металлов.

В начало