Магнитный спин как ключ к эффективности катализаторов на основе золотых нанокластеров

Золотые нанокластеры, состоящие из нескольких десятков или сотен атомов, давно используются как модельные системы для изучения связи между атомным строением и свойствами материалов. Главная проблема — невозможность тонкой настройки структуры крупных кластеров на уровне отдельных атомов. Недавние успехи китайских учёных из Институтов физико-химических наук (Хэфэй, Китайская академия наук), Института инженерных процессов КАН и Чунцинского университета показали, что это всё же возможно.
Магнитный спин как ключ к эффективности катализаторов на основе золотых нанокластеров
Изображение носит иллюстративный характер

Исследователи под руководством профессора У Чжикуна разработали новый способ синтеза многооболочечного золотого кластера [Au127I4(TBBT)48], где TBBT — объемный серосодержащий лиганд. Для стабилизации использовалась уникальная смесь тиоловых и иодных лигандов. В результате получился кластер с хорошо определённой атомной структурой.

Дальнейшая манипуляция проводилась введением дополнительных тиолов, что позволило удалить центральный атом золота, не разрушая целостность оболочек — такой процесс сравнивают с извлечением горошины из матрёшки без повреждения стенок. Итогом стала стабильная и диамагнитная частица Au126I4(TBBT)48.

На следующем этапе учёные подвергли этот кластер окислению, аккуратно убрав один электрон. Новый ион [Au126I4(TBBT)48]+ приобрёл парамагнитные свойства. Таким образом, был продемонстрирован беспрецедентный уровень контроля: изменение магнитного состояния нанокластера достигалось удалением одного атома и одного электрона.

Электронные измерения показали, что при удалении центрального атома и последующем окислении плотность спина смещается наружу, концентрируясь преимущественно на атомах иода, а не на атомах серы. Это свидетельствует о возможности управления распределением спина в кластере и предполагает его влияние на каталитические свойства.

Каталитические испытания проводились на реакции восстановления углекислого газа (CO₂) до оксида углерода (CO) — ключевого процесса для чистой энергетики. Диамагнитная версия нанокластера Au126I4 показала почти 100% фарадеевский выход при относительно низком напряжении. Парамагнитный аналог был значительно менее эффективен. Это подтверждает: магнитный спин прямо влияет на каталитическую активность.

Профессор У Чжикун отмечает: «Наши результаты дают важные представления о том, как спин влияет на каталитические свойства». По его словам, «это открывает новые стратегии для проектирования многофункциональных материалов на атомном уровне».

Достижение китайских учёных — редкость для наноматериалов: им удалось удалить отдельный атом и электрон, не разрушив структуру сложного кластера. Зафиксированное смещение спиновой плотности к иодным лигандам подчёркивает, что именно они играют ключевую роль в определении каталитической активности.

Результаты однозначно показывают: точное управление атомной и электронной структурой золотых нанокластеров позволяет выявить и контролировать влияние магнитного спина на катализ. Диамагнитное состояние, связанное с оптимальным распределением спина, обеспечивает максимальную эффективность превращения CO₂ в CO. Эти данные прокладывают путь к созданию новых катализаторов и функциональных материалов с заданными свойствами на атомарном уровне.


Новое на сайте

19164Уязвимые обучающие приложения открывают доступ к облакам Fortune 500 для криптомайнинга 19163Почему ботнет SSHStalker успешно атакует Linux уязвимостями десятилетней давности? 19162Microsoft устранила шесть уязвимостей нулевого дня и анонсировала радикальные изменения в... 19161Эскалация цифровой угрозы: как IT-специалисты КНДР используют реальные личности для... 19160Скрытые потребности клиентов и преимущество наблюдения над опросами 19159Академическое фиаско Дороти Паркер в Лос-Анджелесе 19158Китайский шпионский фреймворк DKnife захватывает роутеры с 2019 года 19157Каким образом корейские детские хоры 1950-х годов превратили геополитику в музыку и... 19156Научная революция цвета в женской моде викторианской эпохи 19155Как новый сканер Microsoft обнаруживает «спящих агентов» в открытых моделях ИИ? 19154Как новая кампания DEADVAX использует файлы VHD для скрытой доставки трояна AsyncRAT? 19153Как новые китайские киберкампании взламывают госструктуры Юго-Восточной Азии? 19152Культ священного манго и закат эпохи хунвейбинов в маоистском Китае 19151Готовы ли вы к эре коэффициента адаптивности, когда IQ и EQ больше не гарантируют успех? 19150Иранская группировка RedKitten применяет сгенерированный нейросетями код для кибершпионажа
Ссылка