Исследователи из ФИЦ «Институт катализа СО РАН им. Г. К. Борескова» разработали катализатор для окисления этилена при комнатной температуре и атмосферном давлении. Получить его удалось за счет использования материала делафоссита, который рассматривают как перспективную основу для создания катализаторов с заданными свойствами. Результаты опубликованы в журнале Physical Chemistry Chemical Physics и вошли в подборку горячих статей.
Группа исследователей из ФИЦ ИК СО РАН и Центра компетенций НТИ «Водород как основа низкоуглеродной экономики» изучают материалы, которые в перспективе помогут получать катализаторы с заданными свойствами. Один из таких материалов — делафоссит, уникальная кристаллическая структура на основе серебра или меди. Она позволяет создавать множество вариантов смешанных оксидов различного состава. Подбирая металлы, можно влиять на свойства таких соединений и их каталитические характеристики: стабильность, реакционную способность, подвижность кислорода и другие.
Исследователи синтезировали смешанный оксид никеля и серебра для эпоксидирования этилена. Реагент для этого процесса — один из самых крупнотоннажных для химической промышленности, ежегодные объемы его производства в мире превышают 220 миллионов тонн. Конечный продукт — окись этилена — используют для получения соединений, из которых производят пластмассы, текстиль, бытовую химию и многое другое. Обычно реакция получения окиси этилена протекает при высоком давлении в 1—3 мегапаскаля (10—30 атмосфер, что сравнимо с давлением на глубине океана примерно 100—300 метров) и температуре 220—300 ℃. Ученые смогли снизить температуру реакции до комнатной, а давление — до атмосферного.
«Мы обнаружили на поверхности смешанного оксида серебра и никеля формы кислорода, которые способны эпоксидировать этилен при комнатной температуре. Появление таких форм связано с необычными состояниями серебра и никеля на поверхности частиц оксида. Проведение реакции при комнатной температуре более целесообразно, чем реализуемый сегодня в промышленности процесс — можно сэкономить на системе подогрева и реакторах высокого давления. Потенциал для промышленного применения однозначно есть», — рассказал автор исследования научный сотрудник отдела гетерогенного катализа ИК СО РАН кандидат химических наук Дмитрий Антонович Свинцицкий. Он добавил, что в планах ученых — повысить стабильность катализатора для дальнейшего масштабирования.
Изначально делафоссит — это минерал, представляющий собой оксид меди и железа. Он был открыт и описан Карлом Фриделем в 1873 году по находке, сделанной в Екатеринбурге, и назван в честь минералога Габриэля Делафосса. В дальнейшем минерал дал имя всему классу схожих по структуре соединений. Сегодня их известно несколько десятков. В рамках гранта РНФ ученые нацелены как можно обширнее и глубже изучить системы со структурой делафоссита в аспекте их каталитического применения, чего ранее никто не делал.
«Мы выявим закономерности и зависимости между структурой, состоянием поверхности и каталитической активностью, которые прослеживаются в смешанных оксидных системах. Нужно знать, какие центры в таких катализаторах активны, что влияет на их свойства, насколько они стабильны. Всё это необходимо для того, чтобы научиться готовить катализаторы с заданными свойствами», — отметил ученый.
Проект поддержан грантом РНФ № 23-73-10127 «Фундаментальные аспекты каталитического действия смешанных оксидов со структурой типа делафоссит/креднерит для реализации практически важных реакций окислительного типа».
Пресс-служба ФИЦ ИК СО РАН
