Ученые химического факультета МГУ совместно с коллегами из Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе РАН совершили прорыв, впервые создав биметаллический никель-палладиевый катализатор методом лазерного электродиспергирования. Полученные наночастицы отличаются исключительной однородностью размеров, что сулит высокую эффективность. Катализатор уже доказал свою действенность в переработке опасных хлорорганических соединений.
Биметаллические катализаторы: Ключ к зеленой химии
Эти катализаторы незаменимы для множества процессов: гидрирования, дегидрирования, риформинга, гидродеоксигенирования и других. Одна из амбициозных целей зеленой химии — разработка технологий получения ценных веществ из возобновляемой биомассы. Переработка биомассы в высокоэффективные продукты — сложная задача, где биметаллические катализаторы также играют ключевую роль.
Лазерное электродиспергирование: Точность и Эффективность
Уникальный метод лазерного электродиспергирования (ЛЭД), разработанный в ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, позволяет с высочайшей точностью формировать катализаторы. Интенсивное лазерное излучение выбивает из металлической мишени мельчайшие капли, которые, заряжаясь и дробясь, образуют наночастицы, осаждающиеся на носитель (например, оксид алюминия). Ключевые преимущества ЛЭД — получение наночастиц в узком размерном диапазоне, их нанесение на внешнюю поверхность носителя и использование электронных эффектов для усиления активности. Создание биметаллических катализаторов произвольного состава этим методом стало настоящим достижением.
Синергия металлов: Мощь в миниатюре
Предыдущие исследования МГУ показали превосходство биметаллических катализаторов над традиционными при сверхнизком содержании металла (порядка 0,005-0,0005 масс. %). Секрет успеха — эффект синергизма: совместное действие двух металлов значительно мощнее суммы их индивидуальных вкладов. Этот эффект характерен для биметаллических систем, где образуются наночастицы сплава с новыми активными центрами. Один металл может нейтрализовать дезактивирующие вещества в реакционной среде, позволяя другому работать с максимальной отдачей.
Борьба с токсинами: Гидродехлорирование в действии
Эффективность нового катализатора проверили на реакции гидродехлорирования хлорбензола (замена атома хлора на водород). Хлорорганические соединения — опасные ксенобиотики, чуждые живым организмам. Несмотря на прошлое широкое промышленное применение (например, полихлорированные бифенилы в электротехнике), их утилизация сжиганием сложна и чревата образованием крайне токсичных диоксинов, нарушающих гормональный баланс.
Безопасная альтернатива: Преимущества гидродехлорирования
Гидродехлорирование лишено этих рисков. Процесс идет в восстановительной среде, исключающей образование диоксинов. Более того, вместо уничтожения сжиганием, метод позволяет извлечь и безопасно использовать органическую основу молекул, такую как бензол или циклогексан.
Экономия и эффективность: Двойной успех
Исследователи подчеркивают двойной успех: не только доказана высокая эффективность биметаллического катализатора, но и создан методом лазерных технологий катализатор с минимальным расходом дорогих металлов. Это открывает перспективы для значительного снижения стоимости как самого катализатора, так и каталитических процессов в целом.
Пресс-служба МГУ
Изображение: Фотобанк Freepik
Источник: scientificrussia.ru
