Gesteunde enkelvoudige metaalatomen hebben brede belangstelling gewekt vanwege hun aangetoonde hoge efficiëntie bij katalyse van enkelvoudige metalen. De bereiding van dergelijke katalysatoren, echter, blijft uitdagend, aangezien de neutrale metaalatomen een sterke neiging hebben om te agglomereren tot metaaldeeltjes in typische preparaten.

Onderzoekers van het Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) van de Chinese Academie van Wetenschappen en de Universiteit van Delaware hebben een manier gerapporteerd om een ​​kleurloos vloeistofreservoir van metaalachtige discrete platina-atomen te produceren. Hun bevindingen werden gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Platinachloridezouten worden door alcoholen gereduceerd tot enkele platinametaalatomen in een milieuvriendelijke vloeibare oppervlakteactieve stof. De individuele Pt-atomen worden afgeschermd door een mantel van hydrochloriden en in de vloeistof gedokt door overvloedige zuurstofatomen. De bereiding van de metaalachtige Pt-atomen is schaalbaar.

Als een edel metaal, metalen Pt-nanodeeltjes op koolstof- of oxidedragers worden veel gebruikt in de aardolieraffinage- en chemische industrie vanwege hun unieke katalytische functies. "De reserve van Pt op aarde is beperkt, en er wordt elk jaar ongeveer 5,6 ton Pt verbruikt, alleen al in de siliconenindustrie, " zei Z. Conrad Zhang, die het onderzoek leidde.

De onderzoekers testten de katalytische werking van de met Pt-atomen beladen vloeistof. "We ontdekten dat de elektronendeficiënte Pt-atomen in de vloeistof een superhoge activiteit en een hoge selectiviteit voor de reactie vertoonden in vergelijking met bekende Pt-katalysatoren, " zei LIU Kairui, een afgestudeerde student en hoofdauteur van het papier.

De gedokte discrete Pt-atomen aggregeren niet onder reactieomstandigheden - ze behouden een hoge activiteit en blijven kleurloos bij herhaald gebruik. "De hoge activiteit, selectiviteit en stabiliteit van deze katalysator kan de hoeveelheid Pt die wordt verbruikt door de siliconenindustrie drastisch verminderen en kan breed toepasbaar zijn voor andere toepassingen, ' zei Zhang.

Hoewel de vloeistof beladen met de Pt-atomen stabiel is bij 120°C en meer dan zes maanden helder blijft op de plank bij omgevingstemperatuur, de onderzoekers ontdekten dat het donker werd door aggregatie van de Pt-atomen bij blootstelling aan röntgen- of elektronenstralen die vaak worden gebruikt om de Pt-atomen te karakteriseren. Om deze uitdaging op te lossen, de onderzoekers wendden zich tot 195Pt nucleaire magnetische resonantie (NMR) spectroscopie als het hulpmiddel dat ondubbelzinnig bewijs bleek te leveren voor de geproduceerde Pt-atomen.

"De NMR-spectroscopische gegevens van de vloeistof toonden niet alleen ondubbelzinnig de discrete aard van mononucleaire Pt-atomen, maar onthulde ook slechts één koolmonoxide gecoördineerd aan een Pt-atoom, " zei professor Bai Shi van de Universiteit van Delaware.

"We breiden de opslagplaatsen van verschillende metaalatomen in ons huidige onderzoek uit. De succesvolle synthese van gemakkelijk verwijderbare mantels van de Pt-atomen in vloeibare fase kan mogelijk atomair controleerbare fabricage van katalytische materialen en metalen materialen mogelijk maken door ontwerp, " zei Zhang.