Международный коллектив ученых из Томска, Мексики, Испании и Португалии, изучающий наноразмерные золотые катализаторы, выяснил, как повысить эффективность их использования при производстве ценных продуктов для фармацевтической, химической и агрохимической промышленности. Результаты исследования опубликованы в журнале ChemCatChem (Q1, ИФ 4,674) — одном из ведущих научных изданий в области катализа.

 

Напомним, ученые Томского политехнического университета и их зарубежные коллеги из Университета Милана (Италия), Национального автономного университета Мексики, Института катализа и нефтехимии Мадрида (Испания), Университета Порто (Португалия) разрабатывают наноразмерные золотые катализаторы, которые помогут использовать отходы производства биотехнологических процессов. Благодаря катализаторам из них можно будет получать ценные химические продукты для разных отраслей промышленности.

Статья «Зеленое» окисление н-октанола на нанесенных наноразмерных золотых катализаторах: Формирование активных центров золота под совместным влиянием его содержания, природы модифицирующей добавки и атмосферы предварительной обработки» посвящена комплексному сравнительному исследованию физико-химических и каталитических свойств золотосодержащих катализаторов в процессе жидкофазного окисления н-октанола. Н-октанол — это представитель низко реакционноспособных алифатических или так называемых «жирных» спиртов. Содержится, например, в эфирных маслах цитрусовых.

«Жидкие спирты образуются в больших количествах при переработке биомассы. Сейчас это очень большая отрасль экономики и в России, и в зарубежных странах, так как селективное окисление этих соединений может позволить использовать их в качестве нового ресурса для производства соответствующих альдегидов, кетонов, эфиров и жирных кислот, которые являются ценными промежуточными продуктами для фармацевтической, косметической и агрохимической промышленности, производства биотоплива.

Н-октанол для исследования был выбран, во-первых, потому, что это очень трудно окисляемый спирт, который используется для модельной реакции жидкофазного окисления, а, во-вторых, он в больших количествах получается, например, при переработке кожуры цитрусовых. Это очень актуально для наших коллег из Латинской Америки», — говорит один из авторов статьи, профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Алексей Пестряков.

Переработка возобновляемых ресурсов является очень актуальным направлением. При этом существуют альтернативные способы работы с отходами без использования катализаторов, однако они предполагают использование серной кислоты, соединений шестивалентного хрома и так далее. То есть условия, далекие от требований «зеленой химии» — одного из приоритетных направлений развития химических технологий.

 

Фото: образцы золотых катализаторов

«Оценка каталитических свойств в рамках нашего исследования проводилась в условиях, близких к требованиям "зеленой химии": при низкой температуре и атмосферном давлении, без использования оснований и стехиометрических окислителей, приводящих к образованию большого количества токсичных отходов», — рассказывает ученый.

Добавим, уникальность наноразмерных золотосодержащих катализаторов в том, что они суперактивные. И способны ускорять химические процессы при низких температурах, например, меньше 150 градусов Цельсия. Однако для наиболее эффективного использования катализаторов ученым необходимо было выявить природу активного центра данных систем — один из ключевых аспектов гетерогенного катализа. Точное знание природы активных центров, по словам ученых, позволяет проводить направленный синтез высокоэффективных катализаторов с заданными свойствами.

«В катализе для того, чтобы молекула исходного вещества превратилась в продукт, она должна адсорбироваться, "сесть" на катализатор и претерпеть там определенные химические превращения. При этом "садится" она не на любую точку катализатора, так как у него сложная структура — наночастицы золота, нанесенные, в нашем случае, на оксид титана, модифицированный оксидами церия и лантана.

И если мы будем знать, что является активным центром, мы сможем подобрать состав и условия, чтобы добиться максимальной доли активных состояний и наиболее эффективно использовать катализатор»,

— поясняет Алексей Пестряков.

Отметим, для выявления активного центра ученые проводили ряд каталитических экспериментов и спектральных исследований как в ТПУ, так и в Испании и Мексике, изучали физико-химические и структурные свойства катализаторов, выявляли все возможные закономерности. На основе всех полученных данных были сделаны выводы о том, что является активным центром.

«Золото на поверхности катализатора имеет три состояния: металл — незаряженное состояние, однозарядные ионы и трехзарядные ионы. По итогам исследования были выявлены закономерности, что наиболее активны те системы, где максимальная доля однозарядных ионов золота. Именно их мы и рассматривали как активные центры. Кроме того, важную роль играют и носитель с добавками. Этому была посвящена отдельная область исследования. В качестве добавок мы использовали оксиды церия и лантана. Более эффективным себя показал лантан.

Хочу отметить, что рецензенты высокорейтингового журнала ChemCatChem подтвердили ценность нашего исследования, включив его в топ-5 % всех статей, которые публикуются в издании. И иллюстрация-анонс к нашей статье будет помещена на обложку свежего номера», — подытожил ученый.

Похожие новости

  • 05/04/2019

    Цитируемые ученые ТПУ: скаффолды с наночастицами серебра и переработка биомассы

    ​Проект «Цитируемые ученые ТПУ» подводит итоги публикационной активности ученых Томского политехнического университета за февраль. Самый высокоцитируемый соавтор статей ученых ТПУ имеет индекс Хирша 55, а самый высокорейтинговый журнал — импакт-фактор 4,908.
    193
  • 23/01/2018

    Сибирские радиофизики выяснили, от чего зависят свойства композитных материалов

    Радиофизики экспериментально доказали, что  конструкция и   технология изготовления  нанотрубок влияют на характеристики композитного материала. Ученые описали электрофизические свойства композитов, в которых можно получать заданные свойства, меняя состав.
    834
  • 25/10/2017

    Томские химики разработают экологичную технологию очистки «дизеля» от серы

    ​Одной из важнейших задач современной нефтепереработки является удаление полиароматических углеводородов, серы и ее соединений из дизельного топлива. Для этого широко используется гидроочистка, в процессе которой происходит выделение большого количества газов, загрязняющих атмосферу.
    765
  • 26/08/2016

    Российские и немецкие ученые разрабатывают молекулярные переключатели для электроники

    ​Физики из Томского госуниверситета (ТГУ). а также их коллеги из Германии, работают над изучением новых свойств органики, наблюдаемых при взаимодействии органических молекул с металлом. Перспективное исследование, как отмечают его авторы, найдет применение в молекулярной электронике будущего.
    1398
  • 17/03/2017

    Ученые ТГУ предложили свой способ снижения веса самолетов

    Ученые Томского государственного университета разработали специализированное покрытие, благодаря которому на 30 и более процентов можно уменьшить вес летательных аппаратов. Созданная в ТГУ технология не имеет в России аналогов и позволит снизить расходы на запуск и эксплуатацию аэрокосмической техники.
    1233
  • 23/01/2019

    Как работает томский «Инжинирингового химико-технологический центр»?

    ​Алексей Князев — один из тех, кого называют инноваторами. Наглядный пример человека, который делает бизнес на производстве нового знания. Он уже много лет не работает непосредственно в лаборатории, хотя начинал именно там.
    517
  • 28/03/2019

    Китайские и российские ученые изобрели уникальный маскировочный материал

    Уникальный маскировочный материал на основе оксида железа получили из обычных водопроводных труб ученые Томского политехнического университета. Разработчики уверены, что в будущем это покрытие очень пригодится военным — с его помощью можно сделать невидимой для радаров любую технику.
    122
  • 12/08/2016

    В ТГУ разрабатывают импортозамещающие огнезащитные составы

    ​Сотрудники Инжинирингового химико-технологического центра Томского государственного университета (ТГУ) разрабатывают технологии производства импортозамещающих огнезащитных составов для древесины и металла, сообщает местное издание.
    1081
  • 03/01/2019

    Обнаружены особенности образования соединений, мешающих добыче нефти и газа

    ​​Ученые из Института неорганической химии имени А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук (ИНХ СО РАН) исследовали реакцию образования кристаллических соединений воды и газа (газовых гидратов) с метастабильной (неустойчивой) структурой.
    574
  • 08/04/2017

    Обзор нового выпуска газеты «За кадры. ТПУ»

    Сегодня газета «За кадры. ТПУ» познакомит вас с тем, как Томский политех защитил «дорожную карту» на 2017 год, а также расскажет об эффекте симбиоза между фундаментальной и инженерной химией.
    975