В ИОХ РАН создана уникальная модель исследования структуры гетерогенных катализаторов
Гомогенные каталитические системы обычно считаются «четко определенными». Предшественник такого катализатора часто представляет собой единую молекулярную структуру, точно охарактеризованную с помощью различных инструментальных методов. Гетерогенный катализ, в свою очередь, более сложен для изучения. Доступные аналитические методы позволяют охарактеризовать лишь незначительную площадь исходного катализатора, а структура металлических центров нанесенных катализаторов крайне неоднородна. Тем не менее, именно гетерогенные катализаторы имеют важнейшее значение в промышленности: они просты в приготовлении и обращении, стабильны, недороги, а их свойства могут быть настроены, в том числе, за счет варьирования носителей.
Ученые Лаборатории металлокомплексных и наноразмерных катализаторов сделали значительный шаг вперед, чтобы полностью охарактеризовать отдельные частицы нанесенного катализатора Pd/C. Они применили устройство наноманипулятора, позволяющее осуществлять высокоточное перемещение на микроуровне с автоэмиссионным сканирующим электронным микроскопом минимального воздействия на исследуемый образец для непосредственного отбора частиц катализатора. Была сделана серия электронных фотографий, чтобы охарактеризовать видимую площадь поверхности частиц катализатора, которые были дополнительно проанализированы с помощью искусственного интеллекта. Объединив подход к описанию нанокатализатора с использованием нейронных сетей и подготовку катализатора посредством наноманипуляций, исследователям удалось добиться увеличения числа оборотов катализатора (числа молекул реагентов, превращенных одной молекулой катализатора в секунду) в важнейшей реакции кросс-сочетания по Судзуки до 109, используя только частицы катализатора Pd/C размером 1 мкм. Это является беспрецедентным показателем для гетерогенного катализа. Таким образом, разработанная в ИОХ РАН методология исследования нанесенных катализаторов имеет огромный потенциал для механистических исследований и разработки высокоэффективных катализаторов.
Источник:
Dmitry B. Eremin, Alexey S. Galushko, Daniil A. Boiko, Evgeniy O. Pentsak, Igor V. Chistyakov, Valentine P. Ananikov Toward Totally Defined Nanocatalysis: Deep Learning Reveals the Extraordinary Activity of Single Pd/C Particles J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 6071–6079. DOI: 10.1021/jacs.2c01283.
Подписывайтесь на Телеграм-канал лаборатории акад. В. Ананикова https://t.me/AnanikovLab