Предложен перспективный метод настройки гетерогенных катализаторов
Катализ является основой современной химической промышленности. Около 80% ключевых каталитических процессов осуществляется с помощью гетерогенных катализаторов на носителе. Высокая долговечность, низкий коэффициент загрязнения целевого продукта и легкость отделения являются их основными преимуществами. Особенно интересны нанесенные моноатомные катализаторы – системы, активные центры которых состоят из единственного изолированного атома активного металла (чаще всего благородного). Такая структура позволяет достичь высокой однородности активных центров, избежать участия мультиатомных центров в каталитическом процессе и значительно увеличить селективность действия катализатора. Однако ряд сложных факторов ограничивает практическое применение моноатомных катализаторов. Среди них необходимость специальных методов синтеза, а также их быстрая деградация. Перемещение атомов активного металла по поверхности носителя, вымывание/повторное осаждение и неизбежная агломерация приводят к необратимому превращению моноатомных катализаторов в менее активные наночастицы с ухудшенными каталитическими свойствами.
Учеными Лаборатории металлокомплексных и наноразмерных катализаторов ИОХ РАН разработан простой и практичный подход к контролю взаимопревращений между моноатомными катализаторами и наночастицами путем газовой обработки. Координация газов (NO, CO, H2, H2O и O2) приводит к различным закономерностям реакционной способности частиц Pd, нанесенных на углеродную поверхность. Влияние газов может увеличивать размер наночастиц различных металлов, стабилизировать их или приводить к перераспределению в более мелкие частицы. Применение монооксида азота для предактивации катализатора продемонстрировало уникальную способность повышать каталитическую активность Pd/C в реакциях C-C кросс-сочетания в очень мягких условиях и при низкой загрузке палладия за счет повышения концентрации моноатомных центров.
Предложенная концепция реакционной газовой модуляции открывает новый путь к разработке адаптивных, высокоэффективных и стабильных катализаторов на основе отдельных атомов. Простота реализации, применимость к различным металлам (Pd, Ni, Fe, Co, Ag, Cu, Au, Pt и др.), универсальность носителя (как оксидов, так и углеродных материалов) и возможность точной настройки активности катализатора делают предложенный подход перспективным как для фундаментальных исследований, так и для промышленного применения в области устойчивого органического синтеза и за его пределами.
Результаты работы опубликованы в Chinese Journal of Catalysis.
Источник: Пресс –служба ИОХ РАН