纳米级面漆可以涡轮增压负载的金纳米粒子催化剂

东京都立大学的研究人员开发了一种方法，将单一的混合金属氧化物纳米片添加到二氧化硅负载的金纳米颗粒中，以提高其催化活性

将一氧化碳转化为二氧化碳，他们发现反应所需的温度大大降低，与现有的金/二氧化硅结构涂层方法相比有了显著改进。该方法为开发各种新型高性能催化剂铺平了道路。研究结果发表在《ACS应用材料与界面》杂志上

众所周知，直径小于5纳米的金纳米粒子是化学反应的优秀催化剂，尤其是氧化反应，如将有害的一氧化碳转化为二氧化碳。当它们被安装在金属氧化物（如氧化钴）上时，这种效果是明显的，氧化钴更有可能发生相反的反应，即可还原的氧化物

不幸的是，并非所有的金属氧化物都是可还原的。例如，安装在二氧化硅等不可还原氧化物上的纳米粒子并不能成为有效的催化剂。考虑到地球上二氧化硅的丰富性，一种提高此类材料性能的方法将大大促进工业部署

这促使科学家们寻找方法来改性负载型催化剂，以提高其性能

现在，由东京都立大学石田多茂副教授领导的一个团队提出了一种使用层状双氢氧化物（LDH）沉积混合金属氧化物（MMO）的单个纳米片的方法

LDHs由金属氢氧化物纳米片组成，其中一些金属离子被具有更高电荷的金属离子取代，使片本身具有净正电荷；薄片被负离子结合在一起。重要的是，单个纳米片可以剥离并单独使用

在这项研究中，该团队用由铝和一系列其他金属组成的带正电荷的LDH纳米片涂覆负载在二氧化硅（一种带负电荷的结构）上的金纳米颗粒，然后将其暴露在高温下（煅烧）以形成MMO纳米层

使用透射电子显微镜观察他们的新催化剂，他们发现纳米颗粒被一层厚度不到一纳米的涂层覆盖。为了测试它们的性能，研究小组用它们将一氧化碳转化为二氧化碳

虽然二氧化硅上的金纳米颗粒即使在300摄氏度下也只有20%左右的转化率，但它们的新催化剂在仅50摄氏度下就显示出50%的转化率——降低了250摄氏度以上。它还被发现优于MMO涂层的流行“浸渍”方法

有趣的是，人们发现MMO层越厚，性能越差：高性能来自于亚纳米涂层。更详细地观察钴铝MMO层，他们发现该层中存在大量的氧缺陷；研究小组得出结论，这种缺陷填充层和金表面之间的紧密协同作用导致了活性的增强

这种新型催化剂具有卓越的性能，钴含量非常低，低于0.3%重量。这一发现为应用于广泛的其他材料和一系列新型高性能催化剂铺平了道路