Атомарный платиновый катализатор улучшает удаление угарного газа из воздуха

Автор: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-61320-0

Селенид платины — это двумерный материал, образованный слоистым соединением платины (Pt) и селена (Se). Его превосходная кристалличность и точный контроль межслоевых взаимодействий позволяют модулировать различные физические и химические свойства. Материал активно исследуется в таких областях, как полупроводники, фотодетекторы и электрохимические устройства.

Теперь исследовательская группа предложила новую концепцию, в которой атомарная платина на поверхности селенида платины может функционировать как катализатор для газовых реакций. Это доказало его потенциал в качестве технологии катализа следующего поколения для высокоэффективного преобразования углекислого газа и снижения содержания угарного газа.

Совместная команда под руководством профессора Чон Ён Пак (Jeong Young Park) из Департамента химии, а также групп профессора Хён Ю Кима (Hyun You Kim) из Национального университета Чунгнам и профессора Йонвунг Джанга (Yeonwoong Jung) из Университета Центральной Флориды (UCF) добилась превосходных показателей окисления угарного газа, используя атомы платины, экспонированные на поверхности двумерного дихалькогенида переходного металла — диселенида платины (PtSe₂). Их исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Для максимального повышения каталитической производительности команда разработала катализатор так, чтобы атомы платины были высокодиспергированы на поверхности, что отличается от традиционных форм массивных платиновых катализаторов. Этот подход позволяет проводить больше каталитических реакций с меньшим количеством платины и способствует активному электронному взаимодействию между платиной и селеном за счёт контроля электронной структуры поверхности.

Тонкая плёнка диселенида платины толщиной в несколько нанометров показала превосходные характеристики окисления угарного газа во всём температурном диапазоне по сравнению с обычной платиновой плёнкой в тех же условиях.

Ключевым фактором улучшения производительности стало увеличение экспонирования атомов платины на поверхности из-за «вакансий селена (Se-vacancy)», что также увеличило количество участков адсорбции газов.

Команда подтвердила в реальном времени, что эти атомы платины действуют как участки адсорбции в процессе реакции, с помощью анализа методом фотоэлектронной спектроскопии при атмосферном давлении (AP-XPS), проведённого в Пхоханской ускорительной лаборатории. Одновременно компьютерное моделирование (теория функционала плотности) теоретически доказало, что диселенид платины обладает иными характеристиками электронного потока, чем обычная платина.

«Это исследование представляет новую стратегию проектирования, использующую диселенид платины — двумерную слоистую структуру, отличную от традиционных платиновых катализаторов, для создания каталитических функций, специализированных под газовые реакции», — заявил профессор Чон Ён Пак.

Исследование было проведено при участии доктора Гюхо Хана (Gyuho Han) из KAIST, доктора Хюка Чоя (Hyuk Choi) из Национального университета Чунгнам и профессора Джон Хун Кима (Jong Hun Kim) из Университета Инха.

Дополнительная информация: Gyuho Han et al, Enhanced catalytic activity on atomically dispersed PtSe₂ two-dimensional layers, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-61320-0

Источник: Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)