Ученые нашли способ управлять эффективностью катализаторов гидрирования
Российские ученые разработали новые соединения на основе меди для получения катализаторов процессов гидрирования и показали, что изменение их строения позволяет влиять на активность, селективность и устойчивость будущих катализаторов.
Источник: Новости науки
МОСКВА, 2 октября /Новости науки/. Ученые Института общей и неорганической химии имени Н. С. Курнакова Российской академии наук и Волгоградского государственного технического университета разработали новые соединения на основе меди для получения катализаторов и показали, что их строение позволяет управлять эффективностью процессов гидрирования. Об этом сообщается в пресс-релизе РАН.
«В ходе экспериментов оказалось, что пространственная структура комплекса (прекатализатора) влияет на морфологию образующейся активной фазы меди, а значит на активность, селективность и стабильность получаемых катализаторов. Коллеги из ВолгГТУ провели эксперименты по гидрированию дициклопентадиена в условиях непрерывного процесса и восстановлению нитробензола в периодических условиях. Для непрерывного гидрирования дициклопентадиена лучшие результаты показал образец с более мелкодисперсным распределением меди на основе 3-фуранкарбоновой кислоты, который продемонстрировал 100-процентную селективность по продукту селективного восстановления при 48-процентной конверсии с хорошими показателями стабильности работы в потоке. Гидрирование же нитробензола в жидкой фазе с использованием боргидрида натрия в качестве источника водорода показало, что катализаторы, полученные на основе 2-фуранкарбоновой кислоты, продемонстрировали 100% выход анилина в течение трёх каталитических циклов», — приводятся в пресс-релизе слова ведущего научного сотрудника лаборатории химии координационных полиядерных соединений ИОНХ РАН Ирины Луценко.
Исследователи получили несколько комплексов меди с фуранкарбоновыми кислотами и аминопиридинами. Они различались пространственным расположением компонентов. Эксперименты показали, что строение такого исходного комплекса влияет на размер и распределение образующихся частиц металлической меди и тем самым определяет свойства будущего катализатора.
Разработанные системы испытали при двух химических процессах. В непрерывном гидрировании дициклопентадиена лучший образец на основе 3-фуранкарбоновой кислоты обеспечил стопроцентную селективность по продукту селективного восстановления при конверсии 48% и сохранял стабильность при работе в потоке.
При восстановлении нитробензола катализаторы на основе 2-фуранкарбоновой кислоты обеспечивали стопроцентный выход анилина в течение трех каталитических циклов. Системы на основе 3-фуранкарбоновой кислоты, напротив, теряли активность уже во втором цикле.
Зачем нужны новые катализаторы
Гидрирование широко применяется в органическом синтезе, нефтехимии и нефтепереработке. Обычно для таких процессов используют катализаторы на основе благородных металлов — платины, палладия, родия и рутения. Поэтому исследователи ищут более доступные системы, способные работать при низких температурах и атмосферном давлении водорода.
Полученные результаты показывают, что химический состав и пространственное строение исходного комплекса позволяют заранее влиять на формирование поверхности катализатора и подбирать ее для конкретной реакции. Авторы считают такой подход перспективным для энергоэффективных процессов гидрирования.
В дальнейшем исследователи планируют модифицировать наиболее эффективные каталитические поверхности редкоземельными элементами. Предполагается, что это позволит увеличить дисперсность металлической фазы и дополнительно повысить каталитическую активность.
Результаты исследования опубликованы в журнале Dalton Transactions. Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования РФ.
«В ходе экспериментов оказалось, что пространственная структура комплекса (прекатализатора) влияет на морфологию образующейся активной фазы меди, а значит на активность, селективность и стабильность получаемых катализаторов. Коллеги из ВолгГТУ провели эксперименты по гидрированию дициклопентадиена в условиях непрерывного процесса и восстановлению нитробензола в периодических условиях. Для непрерывного гидрирования дициклопентадиена лучшие результаты показал образец с более мелкодисперсным распределением меди на основе 3-фуранкарбоновой кислоты, который продемонстрировал 100-процентную селективность по продукту селективного восстановления при 48-процентной конверсии с хорошими показателями стабильности работы в потоке. Гидрирование же нитробензола в жидкой фазе с использованием боргидрида натрия в качестве источника водорода показало, что катализаторы, полученные на основе 2-фуранкарбоновой кислоты, продемонстрировали 100% выход анилина в течение трёх каталитических циклов», — приводятся в пресс-релизе слова ведущего научного сотрудника лаборатории химии координационных полиядерных соединений ИОНХ РАН Ирины Луценко.
Исследователи получили несколько комплексов меди с фуранкарбоновыми кислотами и аминопиридинами. Они различались пространственным расположением компонентов. Эксперименты показали, что строение такого исходного комплекса влияет на размер и распределение образующихся частиц металлической меди и тем самым определяет свойства будущего катализатора.
Разработанные системы испытали при двух химических процессах. В непрерывном гидрировании дициклопентадиена лучший образец на основе 3-фуранкарбоновой кислоты обеспечил стопроцентную селективность по продукту селективного восстановления при конверсии 48% и сохранял стабильность при работе в потоке.
При восстановлении нитробензола катализаторы на основе 2-фуранкарбоновой кислоты обеспечивали стопроцентный выход анилина в течение трех каталитических циклов. Системы на основе 3-фуранкарбоновой кислоты, напротив, теряли активность уже во втором цикле.
Зачем нужны новые катализаторы
Гидрирование широко применяется в органическом синтезе, нефтехимии и нефтепереработке. Обычно для таких процессов используют катализаторы на основе благородных металлов — платины, палладия, родия и рутения. Поэтому исследователи ищут более доступные системы, способные работать при низких температурах и атмосферном давлении водорода.
Полученные результаты показывают, что химический состав и пространственное строение исходного комплекса позволяют заранее влиять на формирование поверхности катализатора и подбирать ее для конкретной реакции. Авторы считают такой подход перспективным для энергоэффективных процессов гидрирования.
В дальнейшем исследователи планируют модифицировать наиболее эффективные каталитические поверхности редкоземельными элементами. Предполагается, что это позволит увеличить дисперсность металлической фазы и дополнительно повысить каталитическую активность.
Результаты исследования опубликованы в журнале Dalton Transactions. Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования РФ.
