Исследователями ИОХ РАН предложен перспективный метод настройки гетерогенных катализаторов
Катализ является основой современной химической промышленности. Около 80% ключевых каталитических процессов осуществляется с помощью гетерогенных катализаторов на носителе. Высокая долговечность, низкий коэффициент загрязнения целевого продукта и легкость отделения являются их основными преимуществами. Особенно интересны нанесенные моноатомные катализаторы – системы, активные центры которых состоят из единственного изолированного атома активного металла (чаще всего благородного). Такая структура позволяет достичь высокой однородности активных центров, избежать участия мультиатомных центров в каталитическом процессе и значительно увеличить селективность действия катализатора. Однако ряд сложных факторов ограничивает практическое применение моноатомных катализаторов. Среди них необходимость специальных методов синтеза, а также их быстрая деградация. Перемещение атомов активного металла по поверхности носителя, вымывание/повторное осаждение и неизбежная агломерация приводят к необратимому превращению моноатомных катализаторов в менее активные наночастицы с ухудшенными каталитическими свойствами.
Учеными Лаборатории металлокомплексных и наноразмерных катализаторов ИОХ РАН разработан простой и практичный подход к контролю взаимопревращений между моноатомными катализаторами и наночастицами путем газовой обработки. Координация газов (NO, CO, H2, H2O и O2) приводит к различным закономерностям реакционной способности частиц Pd, нанесенных на углеродную поверхность. Влияние газов может увеличивать размер наночастиц различных металлов, стабилизировать их или приводить к перераспределению в более мелкие частицы. Применение монооксида азота для предактивации катализатора продемонстрировало уникальную способность повышать каталитическую активность Pd/C в реакциях C-C кросс-сочетания в очень мягких условиях и при низкой загрузке палладия за счет повышения концентрации моноатомных центров.
Предложенная концепция реакционной газовой модуляции открывает новый путь к разработке адаптивных, высокоэффективных и стабильных катализаторов на основе отдельных атомов. Простота реализации, применимость к различным металлам (Pd, Ni, Fe, Co, Ag, Cu, Au, Pt и др.), универсальность носителя (как оксидов, так и углеродных материалов) и возможность точной настройки активности катализатора делают предложенный подход перспективным как для фундаментальных исследований, так и для промышленного применения в области устойчивого органического синтеза и за его пределами.
Источник:
Alexey S. Galushko, Ilya V. Chepkasov, Ruslan R. Shaydullin, Daniil A. Boiko, Alexander G. Kvashnin, Artem M. Abakumov, Valentine P. Ananikov Reactive gas modulation alters metal nanostructures nuclearity and boosts catalytic activity Chin. J. Catal. 2026, 84, 324–336. DOI: 10.1016/S1872-2067(26)65004-8.