В ИОХ РАН получены высокоактивные катализаторы селективного гидрирования со структурой single-atom alloy
Реакция селективного гидрирования алкинов – одна из ключевых и наиболее актуальных в современном катализе. Показательным примером ее промышленного использования являются многотоннажные процессы селективного гидрирования ацетиленовых углеводородов в пиролизном этилене или стироле перед их направлением на полимеризацию. В тонком органическом синтезе применение селективного гидрирования алкинов позволяет с высокой регио- и стереоселективностью получать цис- и транс-олефины – исходное сырье для пищевой, фармацевтической (например, синтез витаминов А, Е и K) промышленности, а также для производства растворителей, моющих средств и т.д. Одно из перспективных направлений разработки высокоселективных катализаторов, активно изучаемое в последние несколько лет, связано с концепцией “Single-Atom-Alloy (SAA) catalysts” – моноатомных сплавных катализаторов. В этих системах активными каталитическими центрами являются атомы Pd1, изолированные друг от друга атомами второго металла (M = Ag, Au, Zn, In), активность которого в гидрировании пренебрежимо мала. Применение моноатомных сплавных катализаторов обеспечивает чрезвычайно высокую селективность по целевому продукту, однако их активность, как правило, несущественна ввиду малого количества изолированных центров на поверхности наночастиц PdM, поэтому актуальной задачей является ее повышение.
В Лаборатории катализа нанесенными металлами и их оксидами ИОХ РАН продолжаются активные исследования эффективности катализаторов селективного гидрирования алкиновых соединений. В своей недавней работе для увеличения активности PdAg-SAA-катализатора жидкофазного гидрирования дифенилацетилена сотрудники лаборатории использовали эффект носителя. Для синтеза катализаторов были использованы церий-содержащие носители CeO2–ZrO2, и CeO2–Al2O3. Полученные авторами результаты свидетельствуют, что применение Ce-содержащих носителей позволяет значительно увеличить активность моноатомных PdAg-SAA катализаторов в селективном гидрировании замещенных алкинов. Так, для PdAg/CeO2–ZrO2 показано пятикратное увеличение скорости реакции по сравнению с PdAg-катализатором, приготовленным на основе традиционного Al2O3. Исключительно важным является тот факт, что рост активности не сопровождается снижением селективности образования целевого продукта. Увеличение активности Ce-содержащих катализаторов отчасти можно объяснить более чем двукратным повышением дисперсности, что приводит к росту площади поверхности биметаллических наночастиц. Кроме того, согласно данным ИК-спектроскопии адсорбированного СО свою роль в увеличении активности может играть взаимодействие металл–носитель, приводящее к изменению электронного состояния PdAg-наночастиц. В свою очередь сохранение высокой селективности синтезированных катализаторов указывает на стабильность структуры моноатомных центров Pd1 в катализаторах, приготовленных нанесением на Ce-содержащие носители. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности использования Ce-содержащих носителей для синтеза катализаторов селективного гидрирования замещенных алкинов.
Работа была опубликована в спецвыпуске Single Atom Alloys: Modern Trends in Preparation and Application международного журнала Inorganics.
В настоящий момент в Лаборатории катализа нанесенными металлами и их оксидами ИОХ РАН исследование свойств SAA катализаторов в реакциях селективного гидрирования продолжается в рамках гранта РНФ № 23-13-00301.
Источник:
Pavel V. Markov, Galina O. Bragina, Nadezhda S. Smirnova, Galina N. Baeva, Igor S. Mashkovsky, Evgeny Y. Gerasimov, Andrey V. Bukhtiyarov, Yan. V. Zubavichus, Alexander Y. Stakheev Single-Atom Alloy Pd1Ag10/CeO2–ZrO2 as a Promising Catalyst for Selective Alkyne Hydrogenation // Inorganics, 2023, 11, 150. DOI: 10.3390/inorganics11040150.