Платина на нанотрубке: електронні властивості та каталітична активність

Наноструктурована платина є добре відомим каталізатором, і сьогодні багато наукові колективи займаються розробкою перспективних методів синтезу матеріалів на її основі. Однак на цей раз в центрі уваги вчених виявився цікавий об’єкт на основі вуглецевої нанотрубки і платинових кластерів [1]. Група дослідників з Univ. of North Carolina (США) виконали розрахунки геометричних і енергетичних характеристик магнітних властивостей та електронної структури малих платинових ансамблів, адсорбованих на поверхні одностінний вуглецевої нанотрубки (ВНТ) з киральностью (5,5). Всі розрахунки проводилися в рамках теорії функціоналу густини.

Розглянувши ізольований атом платини, лінійні і зигзагоподібні ланцюги і невеликі тривимірні металлокластеры на поверхні ВНТ, вчені виявили, що зонна структура комплексу Pt/УНТ дуже чутлива навіть до мінімальних змін морфології платинових агрегатів. У деяких випадках початкова “чиста” металева нанотрубка після допування платиною ставала вузькозонним напівпровідником. Так, наприклад, ізольований атом Pt автори розміщували в двох фіксованих точках над поверхнею нанотрубки: над серединою вуглець-вугле-рідний зв’язку в “перпендикулярному” (P) і “скошеному” (S) положеннях (рис. 1). І якщо в P-поло-жении атом Pt ніяк не впливав на металевий характер УНТ, то, розташовуючись в S-якій точці, він сприяв виникненню невеликий енергетичної щілини у зразка, перетворюючи металеву УНТ в напівпровідникову. Цей ефект стає більш яскраво вираженим у випадку адсорбції нанотрубкой одновимірних платинових структур (рис. 2). В цьому випадку величина діелектричної щілини у Pt/УНТ комплексу досягала 0.3 ев.

Рис. 1. Ізольований атом платини на поверхні вуглецевої нанотрубки в “перпендикулярному” (а) і “скошеному” положеннях (б)

Рис. 2. Приклади платинових ланцюжків, адсорбованих на поверхні вуглецевої нанотрубки: лінійні (а, б) і зигзагоподібні (в)

На заключному етапі роботи дослідники розглянули дисоціацію молекулярного кисню на “чистій” і допированной єдиним атомом платини (5,5)-УНТ. Безпосередній розрахунок показав, що більш ефективно процес дисоціації відбувається на допированной нанотрубке. Можливо, надалі використання саме Pt/УНТ каталізаторів виявиться більш перспективним напрямком у порівнянні з чистою платиною. Наступним завданням, яку автори ставлять перед собою, є детальне розуміння механізмів впливу вуглецевої нанотрубки в складі комплексу Pt/ВНТ на процес дисоціації кисню, в тому числі в присутності більш великих адсорбованих платинових агрегатів.

М. Маслов

1. K. E. Hayes et al., Chem. Phys. 393, 96 (2012).

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *