Молодые учёные ИОХ РАН: Редина Елена

        E. A. Redina, G. I. Kapustin, O. P. Tkachenko,

         A. A. Greish, L. M. Kustov, Effect of ultra-low

         amount of gold in oxide supported bimetallic

         Au–Fe and Au–Cu catalysts on liquid-phase

         aerobic glycerol oxidation in water, Catal. Sci.

         Technol., 2021, 11, 5881.

         DOI: 10.1039/d1cy00674f

Я являюсь научным сотрудником Лаборатории разработки и исследования полифункциональных катализаторов под руководством д.х.н., проф. Леонида Модестовича Кустова, и наши научные исследования посвящены созданию новых каталитически активных наноматериалов с широким спектром применения. Современная химия переживает переход на новый виток своего развития. Все больше развиваются направления экологической и зеленой химии, в рамках которых основной акцент сделан на использование биодоступных соединений в органическом синтезе, переработку побочных продуктов производств, что представляет собой одну из фундаментальных научных задач и является современным вызовом для ученых. Ключевым моментом в развитии новых направлений химической технологии является внедрение более совершенных гетерогенно-каталитических процессов, что в свою очередь обуславливает необходимость поиска и создание высокоэффективных каталитических систем. Мои исследования направлены на разработку новых наноразмерных гетерогенных катализаторов и их применение для широкого круга редокс-процессов, которые используются в основном органическом синтезе, в том числе, и с участием биодоступных молекул.

Наша работа, опубликованная в журнале Catalysis Science and Technology, как раз о том, как весьма необычный золотой катализатор позволяет реализовывать процессы «зеленой» химии. Золото — один из первых химических элементов, который стал известен человечеству, но прошло много веков до того, как химики раскрыли уникальные каталитические свойства наноразмерного золота, и началась эпоха второй «золотой лихорадки». Сегодня катализ на золоте является отдельным направлением современной химии. Несмотря на широкий спектр применения катализаторов на основе наночастиц золота, особое внимание исследователей направлено на разработку новых подходов к проведению реакций селективного окисления в мягких условиях. Золотые катализаторы делают возможным такое каталитическое окисление, в котором в качестве окислителя используется атмосферный воздух, а в качестве единственного побочного продукта образуется вода. Еще больший интерес представляет каталитическое аэробное окисление биодоступных спиртов, поскольку такой подход позволяет получать ценные альдегиды и карбоновые кислоты из доступного сырья по практически безотходной технологии. Таким образом, катализ на золоте является еще и важным инструментом «зеленой» химии, без которой развитие органического синтеза уже не представляется возможным.

Нами были разработаны новые каталитические системы на основе наночастиц оксидов железа и меди, допированных золотом в ультранизких концентрациях (0,025-0,1% масс.), и нанесенных на TiO2 и CeO2. Разработанные каталитические системы проявили уникальную активность в реакции каталитического аэробного жидкофазного окисления глицерина до карбоновых кислот с использованием воды в качестве растворителя. Высокая окислительная активность полученных систем обусловлена синергетическим эффектом взаимодействия между золотом и оксидом неблагородного металла.

Каталитическая система 0,1%Au/1%FeOx/CeO2 оказалась наиболее селективной по отношению к глицериновой кислоте — важному продукту для производства биоразлагаемых пластиков. Активность и селективность этого катализатора (TOF > 800 h-1) сопоставимы или даже превышают характеристики каталитических систем на основе благородных металлов. При этом наблюдаемый эффект влияния «гомеопатического» количества золота на активность катализаторов на базе неблагородных металлов в реакциях окисления органических соединений обнаружен впервые.

Разработанные нами катализаторы и подходы к окислению глицерина могут быть использованы и для превращения других биодоступных соединений, например, для окисления сахаров с получением ценных карбоновых кислот.

Основная сложность, с которой мы столкнулись, была связана c уникальностью нашей каталитической системы, а именно, ультранизкое содержание золота: такие системы практически невозможно исследовать напрямую, большинство физико-химических методов нечувствительны.

Исследование биметаллических катализаторов, для которых наблюдаются эффекты синергетического взаимодействия двух металлов, представляет особый интерес, и у нашей исследовательской группы имеется огромный опыт в синтезе и исследовании подобных каталитических систем. Безусловно, это направление будем развивать далее, как в области создания новых каталитических материалов, так и в области их применения в органическом синтезе.

Нельзя сказать, чтобы я с детства планировала посвятить себя именно химии: мечты и увлечения сменяли одна другую. Однако, как и все в нашей семье, больше интересовалась естественными и точными науками. Как-то само собой получилось, что я выбрала химию, а родители меня в этом выборе поддержали. Химия – очень необычная и интересная наука, она разительно отличается от, например, физики, математики. В химии еще очень много неизведанного, и это притягивает. Всегда удивляло, как в природе все тонко настроено, все естественные процессы в окружающей среде, в живых организмах на молекулярном уровне – это сложные химические превращения, но как элегантно они реализуются!

В ИОХе я оказалась, можно было бы сказать, случайно, но, видимо, нет. После выполнения магистерской диссертации в Лаборатории № 14 под руководством к.х.н. Ольги Алексеевны Кириченко, захотела остаться в лаборатории Леонида Модестовича и поступила в аспирантуру ИОХ РАН.

Наука для ученого должна быть хобби: заниматься исследованиями нужно с удовольствием. Широкий кругозор, открытость, стремление к новым знаниям, саморазвитие, и конечно, порядочность и честность – по моему мнению, это те качества, которыми должен обладать хороший ученый.