МГУ и Физтех создали «двойной» нанокатализатор разбирающийся с хлорорганикой

Сотрудники химического факультета МГУ совместно с учёными Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе РАН впервые получили биметаллический катализатор на основе никеля и палладия с использованием лазерного электродиспергирования. Созданные наночастицы оказались почти одинаковыми по размеру, что позволяет оценивать будущую эффективность катализатора. Он уже успешно проявил себя при переработке токсичных хлорорганических соединений. Работа опубликована в Pure and Applied Chemistry.

Биметаллические катализаторы применяют в разных технологических процессах: гидрировании, дегидрировании, риформинге и гидродеоксигенировании. Одной из задач «зелёной» химии является разработка методов получения востребованных веществ из возобновляемого сырья. Переработка биомассы остаётся сложной, и катализаторы такого типа могут заметно улучшить выход продуктов.

Метод лазерного электродиспергирования разработан учёными ФТИ. Лазер выбивает из металлической мишени мелкие капли, которые в пучке разделяются до наночастиц и осаждаются на носителе, например на оксиде алюминия. Достоинство способа — возможность получать частицы в узком диапазоне размеров и усиливать их активность за счёт электронных эффектов. До этого момента с помощью ЛЭД не удавалось синтезировать биметаллические катализаторы произвольного состава.

В более ранних экспериментах специалисты МГУ показали, что такие катализаторы могут быть намного активнее традиционных даже при крайне малом содержании металлов. Один из авторов исследования, доцент химического факультета МГУ Екатерина Локтева, поясняла, что ключевым является эффект синергии: совместное действие двух металлов превышает сумму их отдельных вкладов. В частицах-сплавах формируются новые активные центры, а один из металлов может «брать на себя» действие веществ, которые снижают каталитическую активность, позволяя второму продолжать работу без потерь.

Учёные проверили полученный катализатор в реакции гидродехлорирования хлорбензола. Хлорорганические соединения относятся к ксенобиотикам и плохо разрушаются природными процессами. Ранее их широко применяли, например полихлорированные бифенилы использовали в трансформаторных и конденсаторных маслах. Сжигание таких веществ затруднено, а при каталитическом окислении могут возникать диоксины, опасные для гормональной системы. Гидродехлорирование лишено этих недостатков: реакция проходит в восстановительной среде, где диоксины не формируются, а органическая часть молекулы — например бензол или циклогексан — может быть повторно использована.

Авторы отмечают, что им удалось не только подтвердить эффективность катализатора, но и создать его с минимальным количеством металлов, что значительно снижает стоимость процесса. Материал подготовлен по данным портала «Научная Россия».