Сотрудники ФИЦ Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН разработали катализатор для окисления этилена при комнатной температуре и атмосферном давлении. Получить его удалось за счёт использования материала делафоссита, который рассматривают как перспективную основу для создания катализаторов с заданными свойствами.
Группа исследователей из ИК СО РАН и Центра компетенций НТИ «Водород как основа низкоуглеродной экономики» на его основе при поддержке Российского научного фонда 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 др.
Исследователи синтезировали смешанный оксид никеля и серебра для эпоксидирования этилена. Это один из самых крупнотоннажных реагентов для химической промышленности — ежегодные объёмы его производства в мире превышают 220 млн тонн. Оксид 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 мегапаскалей (10–30 атмосфер — это 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. Работа вошла в ежегодную подборку «горячих» статей журнала Physical Chemistry Chemical Physics.
Дмитрий Свинцицкий, к. х. н., научный сотрудник отдела гетерогенного катализа ИК СО РАН, старший преподаватель кафедры общей химии факультета естественных наук Новосибирского государственного университета
«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 Дмитрий Свинцицкий.
Он добавил, что в планах — 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 учёные 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. Все это необходимо для того, чтобы научиться готовить катализаторы с заданными свойствами», — отметил исследователь.
Источник: ИК РАН.