Ученые из Томского государственного университета разработали катализаторы с моноатомными и кластерными структурами. Предложенная технология сокращает потребность в дорогостоящих активных компонентах, сохраняя высокую эффективность материалов. О разработке сообщает пресс-служба вуза.
Томские химики предложили способ создания катализаторов нового поколения для окисления летучих органических соединений. Разработанные материалы дешевле, но эффективнее, по сравнению с катализаторами только на основе благородных металлов — палладия, золота, платины, иридия, — которые уже доказали свою эффективность.
Григорий Мамонтов, соавтор исследования, объясняет, что достичь высокой активности при снижении стоимости можно двумя способами.
Первый вариант — использование очень малых содержаний металлов, стабилизированных в моноатомных и кластерных состояниях. Для этого нужно придумать и организовать такую структуру, в которой атомы активного вещества будут стабильны и обеспечат материалу необходимые каталитические свойства.
Григорий Мамонтов, заведующий научно-исследовательской лабораторией пористых материалов и сорбции ТГУ
Второй способ предполагает комбинирование платиновых металлов с более доступными, например, серебром и железом, чтобы получить биметаллические структуры. При таком подходе взаимодействие двух металлов дает дополнительный синергетический эффект. В разработке новых катализаторов ученые использовали оба метода.
Иллюстрация к статье ученых ХФ ТГУ – снимок просвечивающий электронной микроскопии катализатора, карта распределения элементов в катализаторе, схема реакции на поверхности катализатора. Изображение предоставлено пресс-службой ТГУ
Для демонстрации технологии в ходе лабораторных испытаний химики протестировали шесть катализаторов на основе оксидов церия и железа с добавлением иридия и серебра. Катализаторы показали высокую эффективность в восстановлении нитроароматических соединений. Это одни из самых стойких и токсичных органических загрязнителей, которые содержатся, например, в сточных водах предприятий по производству лекарств, фунгицидов, инсектицидов и красителей.
Под воздействием катализаторов вредные соединения из сточных вод преобразуются в полезные амины, востребованные в фармацевтике, косметике и лакокрасочной промышленности.
Помимо снижения стоимости производства за счет комбинирования драгоценных металлов с доступными, исследователи отмечают способность созданных катализаторов работать в «мягких» условиях — при комнатной температуре и атмосферном давлении. Это соответствует принципам «зеленой» химии и снижает энергетические затраты при промышленном применении.
Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Applied Nano Materials.
