Ученые ФИЦ «Институт катализа СО РАН» 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.
Группа исследователей из ИК СО РАН и Центра компетенций НТИ «Водород как основа низкоуглеродной экономики» на его основе при поддержкеexternal link, opens in a new tab 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 объемыexternal link, opens in a new tab 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 температуруexternal link, opens in a new tab реакции до комнатной, а давление — до атмосферного. Работа вошла в ежегодную подборкуexternal link, opens in a new tab «горячих» статей журнала Physical Chemistry Chemical Physics.
«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. О
н 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. Все это необходимо для того, чтобы научиться готовить катализаторы с заданными свойствами», — отметил ученый.