Synthesis, structure and properties of catalysts based on amorphous metal nanoparticles

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

This work, which is mainly a review, discusses synthesis, structure and properties of catalysts comprising deposited amorphous metal nanoparticles. Considered are physical principles and features of the laser electrodispersion (LED) technique, which allows production of amorphous Pt, Pd, Ni, Cu, Au nanoparticles, as well as amorphous alloy particles such as NiPd, NiMo, NiW and deposition them on oxide, carbon and zeolites carriers. The results of studies of the catalysts structure are presented and catalysts behavior in the processes of hydrogenation, isomerization, addition, cross-coupling and others are discussed. The extremely high specific activity and stability of LED catalysts is considered in relation with the amorphous state of metal nanoparticles.

About the authors

S. A. Gurevich

Ioffe Institute

Email: gurevich@quantel.ioffe.ru
St. Petersburg, Russia

T. N. Rostovshchikova

Moscow State University

Email: gurevich@quantel.ioffe.ru
Moskow, Russia

D. A. Yavsin

Ioffe Institute

Author for correspondence.
Email: gurevich@quantel.ioffe.ru
St. Petersburg, Russia

References

  1. Rampino L.D., Nord F. F. // J. Am. Chem. Soc. 1941. V. 63. P. 2745. https://doi.org/10.1021/ja01855a070
  2. Haruta M., Kobatashi T., Sano H., Yamada N. // Chem. Lett. 1987. V. 16. P.405. https://doi.org/10.1246/cl.1987.405
  3. Ndolomingo M.J., Bingwa N., Meijboom R. // J. Mater. Sci. 2020. V. 55. P. 6195. https://doi.org/10.1007/s10853-020-04415-x
  4. Wang H., Lu J. // Chin. J. Chem. 2020. V. 38. P. 1422. https://doi.org/10.1002/cjoc.202000205
  5. Ahmadi M., Mistry H., Cuenya B. R. // J. Phys. Chem. Lett. 2016. V. 7. P. 3519. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.6b01198
  6. Guo L., Zhou J., Liu F. et al. // ACS Nano. 2024. V. 18. P. 9823. https://doi.org/10.1021/acsnano.4c01456
  7. Pelegrina J.L., Gennari F.C., Condó A.M., Guillermet A.F. // J. Alloys Compd. 2016. V. 689 P. 161. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.07.284
  8. Liang S.X., Zhang L.C., Reichenberger S., Barcikowski S. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2021. V. 23. P. 11121. https://doi.org/10.1039/D1CP00701G
  9. Chen X., Lv S., Su Z. et al. // Chem. Catal. 2024. V. 4. P. 100871. https://doi.org/10.1016/j.checat.2023.100871
  10. Tan M., Huang B., Su L. et al. // Adv. Energy Mater. 2024. V. 14. P. 2402424. https://doi.org/10.1002/aenm.202402424
  11. Kozhevin V. M., Yavsin D. A., Kouznetsov V. M. et al. // J. Vac. Sci. Technol. B. 2000. V. 18. P. 1402. https://doi.org/10.1116/1.591393
  12. Likharev K. K. // Proc. IEEE. 1999. V. 87. P. 606. https://doi.org/10.1109/5.752518.
  13. Synthesis, structure and properties of metal/semiconductor containing nanocomposites / Eds. Trakhtenberg L.I., Melnikov M.Ya. М.: Technosphere. 2016. Сh. 13.
  14. Rostovshchikova T.N., Lokteva E.S., Shilina M.I. et al. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2021. V. 95. № 3. P. 451. https://doi.org/10.1134/S0036024421030171
  15. Yetik G., Troglia A., Farokhipoor S. et al. // Surf. Coat. Technol. 2022. V. 445. P. 128729. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2022.128729
  16. Pampillo C.A. // J. Mater. Sci. 1975. V. 10. P. 1194. https://doi.org/10.1007/BF00541403
  17. Grigorian C.M., Rupert T.J. // Acta Mater. 2021. V. 206. P. 116650. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.116650
  18. Zhang D., Gökce B., Barcikowski S. // Chem. Rev. 2017. V. 117. P. 3990. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.6b00468
  19. Gurevich S.A., Kozhevin V.M., Yassievich I.N. et al. Thin Films and Nanostructures. Physico-Chemical Phenena in Thin Films and at Solid Surfaces. Elsevier: Amstredam, 2007. V. 34. Ch. 15.
  20. Brailovsky A.B., Gaponov S.V., Luchin V.I. // Appl. Phys. A. 1995. V. 61. P. 81. https://doi.org/10.1007/BF01538216
  21. Rayleigh L. // Philos. Mag. 1882. V. 14. P. 184.
  22. Grigor’ev A.I., Shiryaeva S.O. // J. Aerosol Sci. 1994. V. 25. P. 1079. https://doi.org/10.1016/0021-8502(94)90203-8
  23. Bormatov A.A., KozhevinV.M., Gurevich S.A. // Tech. Phys. 2021. V. 66. P. 705. https://doi.org/10.1134/S1063784221050078
  24. Synthesis, structure and properties of metal/semiconductor containing nanocomposites / Eds. Trakhtenberg L.I., Melnikov M.Ya. М.: Technosphere. 2016. Сh. 4.
  25. Akbari A., Amini M., Tarassoli A., et al. // Nano-Struct. Nano-Objects. 2018. V. 14. P. 19. https://doi.org/10.1016/j.nanoso.2018.01.006
  26. Cuenya B.R. // Thin Solid Films. 2010. V. 518. P. 3127. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2010.01.018
  27. Rostovshchikova T.N., Shilina M.I., Gurevich S.A. et al. // Dokl. Phys. Chem. 2022. V. 506. P. 123. https://doi.org/10.1134/S001250162260019X
  28. Shilina M.I., Krotova I.N., Maksimov S.V. et al. // Russ. Chem. Bull. 2023. V. 72. P. 1518. https://doi.org/10.1007/s11172-023-3930-y
  29. Golubina E.V., Rostovshchikova T.N., Lokteva E.S. et al. // Applied Surface Science. 2021. V. 536. P. 147656. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.147656
  30. Bryzhin A., Golubina E., Maslakov K. et al. // ChemCatChem. 2020. V. 12. № 17. P. 4396. https://doi.org/10.1002/cctc.202000501
  31. Cuevas E., Ortuno M., Ruiz J. // Phys. Rev. Lett. 1993. V. 71. P. 1871. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.71.1871
  32. Vorontsov P.S., Gerasimov G.N., Golubeva E.N. et al. // Russ. J. Phys. Chem. A. 1998. V. 72. № 10. P. 1912.
  33. Trakhtenberg L.I., Gerasimov G.N., Grigoriev E.I. et al. // Stud. Surf. Sci. Catal. 2000. V. 130. P. 941.
  34. Trakhtenberg L.I., Gerasimov G.N., Ponapov V.K. et al. // Moscow University Bull. 2. Chemistry. 2001. V. 42. № 5. С. 325 (in Russian).
  35. Kozhevin V.M., Rostovshikova T.N., Yavsin D.A. et al. // Dokl. Phys. Chem. 2002. V. 387. P. 324. https://doi.org/10.1023/A:1021706931622
  36. Zakheim D.A., Rozhansky I.V., Smirnova I.P., Gurevich S.A. // J. Exp. Theor. Phys. 2000. V. 91. P. 553. https://doi.org/10.1134/1.1320091
  37. Il`yushchenkov D.S., Kozhevin V.M., Gurevich S.A. // Phys. Solid State. 2015. V. 57. P. 1710. https://doi.org/10.1134/S1063783415090115
  38. Gurevich S.A., Kozhevin V.M., Il’yushenkov D.S. // Phys. Solid State. 2019. V. 61. P. 1683. https://doi.org/10.1134/S1063783419100184
  39. Shaik S., Danovich D., Joy J., Wang Zh., Stuyver Th. // J. Am. Chem. Soc. 2020. V. 142. P. 12551. https://doi.org/10.1021/jacs.0c05128
  40. Rostovshchikova T.N., Smirnov V.V., Gurevich S.A. et al. // Catal. Today. 2005. V. 105. № 3-4. P. 344. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2005.06.034
  41. Rostovshchikova T.N., Smirnv V.V., Kozhevin V.M., Yavsin D.A., Gurevich S.A. // Rus. Nanotechnol. 2007. V. 2. № 1–2. P. 47 (in Russian).
  42. Rostovshchikova T.N., Smirnov V.V., Kozhevin V.M. et al. // Appl. Catal. A: General. 2005. V. 296. № 1. P. 70. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2005.08.032
  43. Nevskaya S.M., Nikolaev S.A., Noskov Yu. G. et al. // Kinetics and Catalysis. 2006. V. 47. № 4. P. 638. https://doi.org/10.1134/S0023158406040203
  44. Lokteva E.S., Rostovshchikova T.N., Kachevskii S.A. et al. // Kinetics and Catalysis. 2008. V. 49. № 5. P. 748. https://doi.org/10.1134/S0023158408050212
  45. Rostovshchikova T.N., Lokteva E.S., Kachevskii S.A. et al. // Catalysis in Industry. 2009. V. 1. № 3. P. 214. https://doi.org/10.1134/S2070050409030088
  46. Lokteva E.S., Peristyy A.A., Kavalerskaya N.E. et al. // Pure Appl. Chem. 2012. V. 84. P. 495. https://doi.org/10.1351/PAC-CON-11-07-12
  47. Kavalerskaya N.E., Lokteva E.S., Rostovshchikova T.N., Golubina E.V., Maslakov K.I. // Kinetics and Catalysis. 2013. V. 54. № 5. P. 597. https://doi.org/10.1134/s0023158413050066
  48. Golubina E.V., Rostovshchikova T.N., Lokteva E.S. et al. // Pure Appl. Chem. 2018. V. 90. № 11. P. 1685. https://doi.org/10.1515/pac-2018-0207
  49. Rostovshchikova T.N., Nikolaev S.A., Krotova I.N. et al. // Russ. Chem. Bull. 2022. V.71. № 6. P. 1179. https://doi.org/10.1007/s11172-022-3519-x
  50. Rostovshchikova T.N., Shilina M.I., Gurevich S.A. et al. // Materials. 2023. V. 16. № 9. P. 3501. https://doi.org/10.3390/ma16093501
  51. Rostovshchikova T.N., Shilina M.I., Maslakov K.I. et al. // Materials. 2023. V. 16. № 12. P. 4423. https://doi.org/10.3390/ma16124423
  52. Rostovshchikova T.N., Shilina M.I., Golubina E.V. et al. // Russ. Chem. Bull. 2015. V. 64. № 4. P. 812. https://doi.org/10.1007/s11172-015-0938-y
  53. Golubina E.V., Lokteva E.S., Maslakov K.I. et al. // Nanotechnol. Russia. 2017. V. 12. № 1–2. P. 19. https://doi.org/10.1134/S1995078017010049
  54. Shilina M., Krotova I., Nikolaev S. et al. // Hydrogen. 2023.V. 4. № 1. P. 154. https://doi.org/10.3390/hydrogen4010011
  55. Matieva Z.M., Nikolaev S.A., Snatenkova Y.M. et al. // J. Chem. Tech. Biotech. 2022. V. 97. № 7. P. 1792. https://doi.org/10.1002/jctb.7050
  56. Bryzhin A.A., Tarkhanova I.G., Maslakov K.I. et al. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2019. V. 93. № 10. P. 1976. https://doi.org/10.1134/S0036024419100029
  57. Bryzhin A.A., Rostovshchikova T.N., Maslakov K.I. et al. // Kinetics and Catalysis. 2021. V. 62. № 6. P. 828. https://doi.org/10.1134/S0023158421060033
  58. Schmidt A.F., Kurokhtina A.A., Larina E.V. et al. // Kinetics and Catalysis. 2023. V. 64. № 1. P. 32. https://doi.org/10.1134/S0023158423010081
  59. Schmidt A.F., Kurokhtina A.A., Larina E.V. et al. // Mendeleev Commun. 2023. V. 33. № 1. P. 177. https://doi.org/10.1016/j.mencom.2023.02.009
  60. Gatin A.K., Grishin M.V., Gurevich S.A. et al. // Russ. Chem. Bull. 2015. V. 64. № 10. P. 2337. https://doi.org/10.1134/S1990793117030186
  61. Gatin A.K., Grishin M.V., Gurevich S.A. et al. // Nanotechnol. Russia. 2015. V. 10. № 11-12. P. 850. https://doi.org/10.1134/S199507801506004X
  62. Freund H.-J., Meijer G., Scheffler M., Schlőgl R., Wolf M. // Angew. Chem., Int. Ed. 2011. V. 50. P. 10064. https://doi.org/10.1002/anie.201101378.
  63. Wang Sh., Li X., Lai Ch. et al. // RSC Adv. 2024. V. 14. P. 30566. https://doi.org/10.1039/D4RA05102E
  64. Tripathi A., Hareesh C., Sinthika S., Andersson G., Thapa R. // Appl. Surf. Sci. 2020. V. 528. P. 146964. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.146964.
  65. Lin J., Wang X., Zhang T. // Chin. J. Catal. 2016. V. 37. № 11. P. 1805. https://doi.org/10.1016/S1872-2067(16)62513-5.
  66. Wu L., Fan W., Wang X. et al. // Catalysts. 2023. V. 13. № 3. P. 604. https://doi.org/10.3390/catal13030604
  67. Gao M., Gong Z., Weng X. et al. // Chin. J. Catal. 2021. V. 42. № 10. P. 1689. https://doi.org/10.1016/S1872-2067(20)63775-5
  68. Xie Y., Zhang L., Jiang Y. et al. // Catal. Today. 2021. V. 364. P. 16. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2019.11.030
  69. Beletskaya I.P., Alonso F., Tyurin V. // Coord. Chem. Rev. 2019. V. 385. P. 137. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2019.01.012.
  70. Hong K., Sajjadi M., Suh J.M. et al. // ACS Appl. Nano Mater. 2020. V. 3. № 3. P. 2070. https://doi.org/10.1021/acsanm.9b02017
  71. Galushko A.S., Boiko D.A., Pentsak E.O., Eremin D.B., Ananikov V.P. // J. Am. Chem. Soc, 2023. V. 145. № 16. P. 9092. https://doi.org/10.1021/jacs.3c00645
  72. Shilina M.I., Rostovshchikova T.N., Nikolaev S.A., Udalova O.V. // Mater. Chem. Phys. 2019. V. 223. P. 287. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2018.11.005
  73. Jing P., Gong X., Liu B., Zhang J. // Catal. Sci. Technol. 2020. V. 10. № 4. P. 919. https://doi.org/10.1039/D4CY01142B
  74. Liu H., Li D., Guo J. et al. // Nano Res. 2023. V. 16. № 4. P. 4399. https://doi.org/10.1007/s12274-022-5182-9
  75. Grishin M.V., Gatin A.K., Sarvadii S.Yu. et al. // Russ. J. Phys. Chem. B. 2020. V. 14. № 4. P. 697. https://doi.org/10.1134/S1990793120040065
  76. Forsythe R.C., Cox C.P., Wilsey M.K., Muller A.M. // Chem. Rev. 2021. V. 121. № 13. P. 7568. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c01069

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».