Understödda enstaka metallatomer har tilldragit sig brett intresse för sin påvisade höga effektivitet i singelmetallkatalys. Framställning av sådana katalysatorer, dock, förblir utmanande, eftersom de neutrala metallatomerna har en stark tendens att agglomerera till metallpartiklar i typiska preparat.

Forskare vid Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) vid den kinesiska vetenskapsakademin och University of Delaware har rapporterat ett sätt att producera en färglös vätskereservoar av metallliknande diskreta platinaatomer. Deras resultat publicerades i Naturkommunikation .

Platinakloridsalter reduceras av alkoholer till enkla platinametallatomer i ett miljövänligt flytande ytaktivt ämne. De individuella Pt-atomerna är skyddade av en mantel av hydroklorider och dockade i vätskan genom rikliga syreatomer. Framställningen av de metallliknande Pt-atomerna är skalbar.

Som en ädel metall, metalliska Pt-nanopartiklar på kol- eller oxidbärare används i stor utsträckning inom petroleumraffinering och kemisk industri på grund av deras unika katalytiska funktioner. "Reserven av Pt på jorden är begränsad, och cirka 5,6 ton Pt konsumeras varje år bara inom silikonindustrin, " sa Z. Conrad Zhang, som ledde forskningen.

Forskarna testade den katalytiska prestandan hos vätskan laddad med Pt-atomer. "Vi fann att de elektronbristiga Pt-atomerna i vätskan uppvisade superhög aktivitet och hög selektivitet för reaktionen jämfört med kända Pt-katalysatorer, sa LIU Kairui, en doktorand och huvudförfattare till tidningen.

De dockade diskreta Pt-atomerna aggregerar inte under reaktionsförhållanden - bibehåller hög aktivitet och förblir färglösa genom upprepad användning. "Den höga aktiviteten, selektivitet och stabilitet hos denna katalysator kan dramatiskt minska mängden Pt som förbrukas av silikonindustrin och kan vara allmänt tillämpbar för andra applikationer, " sa Zhang.

Även om vätskan laddad med Pt-atomer är stabil vid 120°C och förblir klar i över sex månader på hyllan vid rumstemperatur, forskarna fann att det blev mörkt på grund av aggregering av Pt-atomerna när de exponerades för röntgen- eller elektronstrålar som ofta används för att karakterisera Pt-atomerna. För att lösa denna utmaning, forskarna vände sig till 195Pt kärnmagnetisk resonans (NMR) spektroskopi som verktyget som visade sig ge entydiga bevis för de producerade Pt-atomerna.

"NMR-spektroskopiska data för vätskan visade inte bara entydigt den diskreta naturen hos mononukleära Pt-atomer, men avslöjade också bara en kolmonoxid koordinerad till en Pt-atom, " sa professor Bai Shi vid University of Delaware.

"Vi utökar lagren av olika metallatomer i vår nuvarande forskning. Den framgångsrika syntesen av lätt borttagbara mantlar av Pt-atomerna i flytande fas kan potentiellt möjliggöra atomärt kontrollerbar tillverkning av katalytiska material och metalliska material genom design, " sa Zhang.