Расчеты показали, что одиночная вакансия — отсутствующий атом углерода — в графене меняет электронные свойства нанокластера платины и золота. Благодаря этому атомы золота, обычно менее активные, включаются в окисление угарного газа, а энергетический барьер реакции снижается на 23%.
Исследователи из Института органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН и их коллеги изучили нанокластеры, содержащие до 24 атомов. Они проследили, как активные центры формируются и меняются при взаимодействии с реакционной средой. Работа, поддержанная грантом Российского научного фонда, опубликована в журнале Small.
Для анализа ученые провели около 12 тыс. расчетов методом теории функционала плотности. Машинное обучение добавило к исследованию более 80 тыс. точек данных. Расчеты показали, что связывание угарного газа зависит прежде всего от ближайшего окружения активного центра. Разные конфигурации атомов при этом могут создавать сходные участки для присоединения реагентов.
Вакансия в графене не только закрепляет кластер, но и меняет распределение электронной плотности. Это открывает путь к реакции для атомов золота. Моделирование также показало, что при последовательном присоединении молекул угарного газа атомы платины перемещаются к поверхности кластера. Реагенты, следовательно, меняют состав доступных активных центров прямо во время реакции.
«В нашей модели молекулы угарного газа вызывают перераспределение атомов платины, а дефект графена меняет электронное состояние кластера и вовлекает золото в реакцию», — пояснил руководитель проекта Михаил Хризанфоров, кандидат химических наук и старший научный сотрудник ИОХ РАН. По его словам, подходы 4D-катализа и SMART помогают связать структуру, подвижность атомов, активность, перестройку и термодинамику, чтобы учитывать изменения катализатора во время работы.
Комментарии (0)
Пока нет комментариев. Будьте первым!