Forskare från Tokyo Metropolitan University har utvecklat ett sätt att montera guldnanopartiklar på ett molekylärt stöd som kallas polyoxometalat (POM). De tillämpade detta framgångsrikt för att realisera nästan 100 procent omvandling av kolmonoxid (CO) över ett brett temperaturområde, uppvisar stabil prestanda under långa tidsperioder. De visade hur spår av vatten unikt bidrar till katalysatorns funktion, lovande insikt i katalys och potentiell tillämpning för avgas- och rumsluftrening.

Gasrening är en extremt viktig industriell process, oavsett om det är i fabriker, katalysatorer för fordonsavgaser, eller hushållsluftrenaren. Nyligen, forskning har fokuserat på att använda nanometerstora guldpartiklar, prisade för sin förmåga att påskynda ("katalysera") kemiska reaktioner, även vid mycket liten ( <5 nm) storlekar. Dessa behöver ofta monteras på ett stadigt stöd.

Forskargruppen Toru Murayama (Projektprofessor) och Masatake Haruta (Professor) har framgångsrikt kombinerat guldnanopartiklar med polyoxometalater (POM), ett lovande stödmaterial som redan har väckt stor uppmärksamhet inom katalys, medicin, yt- och materialvetenskap. POM och deras salter, molekylära joner av metalloxider, har ännu inte sett utbredd användning för stabilisering av guldpartiklar. Genom att montera guldpartiklar ner till en storlek av 2 nm med hjälp av en sol-immobiliseringsmetod, de applicerade det framgångsrikt på en gasrenare för lågtemperatur kolmonoxid (CO). Deras nya guld-POM-katalysator visade inte bara effektiv omvandling vid -50°C, toppklassprestanda även för en guld nanopartikelkatalysator, men också visat sig stabilt, 100 procent avlägsnande av en koncentration på 1 volymprocent av CO under ett intervall på 35 dagar vid 0°C, utan nedbrytning av materialet. De fann att mindre partikelstorlekar ledde till bättre prestanda, och att materialets omvandlingseffektivitet visade ett unikt temperaturberoende. Detta ledde till upptäckten att spårmängder av vatten var avgörande för materialets funktion, den första unika mekanismen som föreslagits för katalys i guld/POM-katalysatorer. Tekniken och den nyupptäckta mekanismen lovar inte bara en större förståelse för katalys, men också potentiell tillämpning på industriell filtrering, både för gaser och vätskor.