«Если мы не можем что-то победить, можно попробовать использовать это в благих целях»: интервью с Бухтияровым Андреем Валерьевичем, к.х.н, заведующим отделом синхротронных исследований ЦКП «СКИФ»

В ИОХ РАН состоялся доклад Андрея Валерьевича Бухтиярова – «Трансформация активных центров в биметаллических катализаторах под воздействием реакционной среды: эффекты адсорбционно-индуцированной сегрегации как инструмент управления каталитическими свойствами».

О своем научном исследовании в области катализа Андрей Валерьевич рассказал в интервью.

Каким образом Вы оказались в науке, в частности, в химии?

Так сложилось. Мои родители – ученые: Бухтияров Валерий Иванович – академик РАН, директор Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН; Бухтиярова Галина Александровна – заведующая лабораторией в Институте катализа. Я хорошо учился, потом попал в физико-математическую школу в Новосибирске, отучился там 2 года. Далее я поступил в Новосибирский государственный университет.

Почему я оказался в химии? На самом деле, если говорить об этом честно, химия мне давалась довольно просто. Я решил – значит, этим и нужно заниматься. Так, я оказался на факультете естественных наук в свое время. Потом поступил в аспирантуру, мне все понравилось: синхротроны, интересные исследования, общение. В итоге я и остался в науке.

Чему посвящены Ваши исследования в целом?

Изучению катализаторов на атомно-молекулярном уровне с привлечением физико-химических методов. Сейчас я работаю в Центре коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ») – это новый источник синхротронного излучения, который строится недалеко от новосибирского Академгородка в наукограде Кольцово. С 2018 года я погрузился в этот проект, поскольку у меня довольно большой опыт работы в разных синхротронных центрах. Меня пригласили заниматься разработкой одной из станций, и на данный момент я являюсь заведующим отделом синхротронных исследований в ЦКП «СКИФ». И, собственно, формирую команду для того, чтобы сопровождать экспериментальную работу, проводить исследования.

Сейчас я больше сфокусирован на развитии синхротронных центров, методах синхротронных исследований.

Расскажите подробно о Вашем исследовании в области катализа. В чем его основная идея?

Существуют биметаллические катализаторы, которые проявляют синергетические эффекты при использовании в катализе. То есть, если взять палладий и золото отдельно, они проявляют более бедные каталитические свойства, чем биметаллические катализаторы. Что имеется в виду, когда люди говорят про синергетические эффекты, – ситуация, когда 2+2 равно не 4, то есть это не поддается законам математики. Причины возникновения синергетических эффектов для конкретной биметаллической системы + конкретной каталитической реакции зачастую не до конца понятны. Люди изучают эти системы, проводят массу экспериментов. Фундаментальная причина, почему эти эффекты проявляются, она до конца не выяснена во многих случаях. Мы были сфокусированы изначально изучать, что формируется на поверхности и что приводит к проявлению улучшенных каталитических свойств. А в итоге ушли в сторону использования эффектов адсорбционно-индуцированной сегрегации для «настройки» каталитических свойств. С одной стороны, эти эффекты довольно хорошо известны, они, скорее, всегда рассматривались в литературе как побочное явление, которое, скорее, мешает, чем помогает изучению биметаллических катализаторов. Раз они существуют и с ними ничего нельзя сделать, мы заинтересовались, можем ли, в таком случае, использовать какие-то их полезные свойства? Выяснилось, что да, можем. Можно попытаться использовать какую-то реакционную или газовую среду, для того, чтобы настроить структуру активных центров.

Если мы не можем что-то победить, можно попробовать использовать это в благих целях. Мы так и поступили. Выяснили, что мы действительно можем это эффективно использовать, для того, чтобы управлять каталитическими свойствами в таких системах. Вокруг этого все исследования и строились, чтобы определить закономерности и понять, как эволюционируют активные центры в зависимости от условий, которые создаются над образцом.

Расскажите, как развивалось данное исследование?

Все началось с того, что я заинтересовался изучением биметаллических катализаторов. Собственно, мы всю жизнь занимались у себя в лаборатории «наукой о поверхности», вот такими подходами – использования модельных образцов на планарных носителях.

Обычно, мы находим какую-то прикладную проблему людей, которые занимаются изучением более «реальных» катализаторов, пытаемся смодерировать похожие системы и нашими методами ответить на вопросы: почему так происходит, откуда появляются проблемы или наоборот возникают какие-то неожиданные каталитические свойства. Пытаемся своими методами на атомарно-молекулярном уровне ответить на вопрос, какая там структура центров, которая ответственна за то или иное поведение, почему происходит дезактивация катализатора и т.д.

В итоге, когда мы занимались палладиево-золотыми катализаторами в простейшей реакции окисления СО, мы наткнулись на проявление адсорбционно-индуцированных эффектов.

Я давно знаком с Александром Юревичем Стахеевым. Мы обсуждали свои исследования и выяснили, что с разных стороны изучаем одни и те же эффекты. Мы решили, что это судьба, необходимо объединить усилия и пытаться с разными подходами и объектами все это изучать. Так, собственно, работа и родилась.

Каковы перспективы в будущем у исследования?

Перспектива, безусловно, есть. Нужно, чтобы больше ученых включалось в это. Все, что связано с катализаторами вообще, – это всегда многопараметрическая задача. Человек варьирует, обычно, условия протекания процесса, размер и форму частиц, носители. У него очень много условий, включенных в задачу, а когда он использует биметаллические катализаторы, у него появляется второй металл, соотношение между этими металлами, различные структуры частиц. Под структурой я имею в виду не структуру с точки зрения атомного строения, а с точки зрения ядро-оболочка, сплав, обратное ядро-оболочка, распределение этих металлов.

Таблица расширяется в n-мерное пространство, необходимо учесть все условия и один экспериментатор этого сделать не может. Тут необходимо включение научной общественности, что мы и пытаемся сделать. Для этого и публикуем статьи, чтобы люди посмотрели, заинтересовались. И тогда эти знания будут развиваться гораздо быстрее, чем одна или две группы будут заниматься этим направлением.

Можно регенерировать катализатор. Для промышленности – это совершенно замечательная вещь. Можно загрузить катализатор в реактор, тут же обработать в мягких условиях каким-то очень дешевым агентом и получить снижение температуры протекания процесса. Даже если он не будет стабилен долгое время, его все равно можно восстановить, обработать и он опять может вернуться к тому состоянию.

Какие советы Вы бы дали молодым ученым, которые хотели бы начать свой путь в науке?

На мой взгляд, для молодого ученого крайне важно гореть наукой, это должно действительно нравиться. Потому что наукой нельзя заниматься так: сегодня ты 2 часа сделал эксперимент, вышел за дверь лаборатории и забыл обо всем, а завтра вернулся и по новой. Наукой все-таки надо жить.

Во-вторых, как бы банально это не звучало, для того, чтобы стать успешным молодым ученым, нужно пройти непростой путь: сначала научиться использовать различные методы или подходы к исследованию, проводить измерения, анализировать эти данные, научиться из этих данных делать правильные выводы, планировать эксперимент, получать хороший результат, необходимо научится писать хорошие статьи.

Крайне важно коллаборировать, потому что один в поле не воин. Если ты едешь на конференцию, твоя главная цель – найти людей, которые станут тебе в будущем соратниками. Важно найти тех коллег, которые готовы заниматься с тобой похожими вещами. Это всегда очень хорошо развивает работу, потому что вы можете привнести что-то новое друг-другу.

Что вас вдохновляет в работе ученого?

Есть люди, которые любят рыбалку. Когда они ловят рыбу, получают массу удовольствия.  У ученых есть индекс Хирша и импакт-фактор. Я скажу про себя, я не уверен, что у всех так должно быть, но я получаю огромное удовольствие от признания. Делать действительно хорошие эксперименты, получать хорошие результаты и потом публиковать их в каком-то высокорейтинговом журнале, а потом приехать, например, на другой конец света. Как я когда-то летал на конгресс химии материалов в Канкун с приглашенным докладом в 2019 году. Меня встречал Мигель Салмерон – профессор, за работами которого я со студенчества следил, – он мне жмет руку и говорит: «Андрей, а я слежу за Вашими работами». И это прекрасные ощущения. Меня мотивирует вот это – сделать хорошую, красивую науку, и чтобы это было ценно.