Очень часто платина, палладий, родий, другие драгоценные или редкоземельные металлы используются в качестве катализаторов для проведения химических реакций во время производства различных материалов или химических реактивов. Проблема заключается в том, что обычно такие металлы достаточно редки, а их добыча связана с определенными трудностями, что приводит к повышению стоимости самих этих металлов, производственного оборудования и конечных продуктов. Однако, ученым удалось создать устройство под названием "каталитический конденсатор", использование которого позволяет наделить простой алюминий свойствами более редких и дорогостоящих металлов, и использовать такой "превращенный" алюминий в качестве катализатора.
В одних из своих исследований ученые из университета Миннесоты обнаружили, что путем искусственного добавления или удаления электронов, некоторые из свойств поверхности обычных металлов могут быть изменены так, что они будут практически идентичны свойствам дорогих металлов-катализаторов. И в результате дальнейшей работы в этом направлении появилось упомянутое выше устройство под названием "каталитический конденсатор", которое позволяет переключать электрохимические свойства алюминия буквально на лету.
"Атомы металлов, за счет их структуры и организации в кристаллической решетке, не очень охотно позволяют изменять количество электронов, но наш каталитический конденсатор превозмогает это сопротивление и дает нам возможность точного управления количеством электронов на поверхности металла" - рассказывает Пол Доенхоер (Paul Dauenhauer), ведущий исследователь, - "Это открывает перед нами целый ряд новых возможностей для управления химическими реакциями в процессе изготовления различных материалов".
Каталитический конденсатор представляет собой серию тонкопленочных слоев, размещенных друг поверх друга. Верхний слой, толщина которого составляет 4 нанометра, изготовлен из окиси алюминия. Ниже располагается слой графена, затем слой изоляционного материала и снова слой токопроводящего материала. Когда к токопроводящем и графеновому слоям прикладывается электрическое напряжение, это изменяет плотность электрического заряда слоя окиси алюминия, что влечет за собой изменение электрохимических свойств поверхности и позволяет этому материалу работать в качестве катализатора.
Изменяя толщину изоляционного слоя, концентрацию добавок в активном слое, полярность и уровень прикладываемого напряжения, алюминиевой поверхности конденсатора можно придать свойства практически любого из упомянутых выше драгоценного или редкоземельного металла-катализатора. Естественно, что одно единственное устройство не может охватить весь диапазон возможных каталитических свойств, но никто не мешает изготавливать вариации "каталитического конденсатора" с разными параметрами, которые будут удовлетворять требованиям различных областей промышленности и науки.
"Мы рассматриваем "каталитический конденсатор" как базовый элемент, различные вариации которого могут быть внедрены в технологии производства" - рассказывает Дэн Фрисби (Dan Frisbie), один из исследователей, - "Конструкция конденсатора будет оставаться всегда одной и той же, а небольшие изменения отдельных компонентов позволят приспособить это для использования в качестве катализатора в любой из известных химических реакций на сегодняшний день".
