Катализатор без свиты: одиночные атомы меди бьют рекорды
Медь в одиночку справляется с CO₂ лучше, чем в компании себе подобных — и вот почему.
В последние годы катализаторы на основе одиночных атомов (SAC) стали главным трендом в катализе — они работают эффективнее благодаря особой структуре и почти стопроцентному использованию металла. Но есть проблема: атомы металлов склонны слипаться, и из-за этого создание SAC превращается в сложный процесс. Ученые из Нанкинского технологического университета под руководством профессора Линя-Бина Суня нашли способ сделать это проще. Их метод описан в журнале Green Chemical Engineering.
Обычно мезопористый кремнезем KIT-6 синтезируют с шаблоном (TOK), который потом выжигают, получая чистый материал (TFK). Но команда Суня решила использовать TOK в исходном виде — пространство между шаблоном и стенками кремнезема создает наноразмерные «карманы», которые не дают атомам меди собираться в кластеры. Медный катализатор получили просто: смешали Cu (NO₃)₂ с TOK, перетерли и прокалили. Готовый материал, названный CuTOK, содержит медь в виде отдельных атомов, связанных с кремнием через кислород (Cu-O-Si).
Мезопористый кремнезем — пористый материал с диаметром «дырок» 2–50 нм. Как губка, но с упорядоченными каналами. Используется как основа для катализаторов, чтобы увеличить площадь контакта с реагентами.
CuTOK показал впечатляющую эффективность в реакции присоединения CO₂ к эпихлоргидрину — выход продукта составил 91,7%, — объясняет Сунь. — Для сравнения, катализатор на основе TFK дал только 58,3%. А скорость превращения (TOF) у CuTOK — 127,3 ч⁻¹, что в разы выше, чем у других медьсодержащих аналогов (5,5–49,4 ч⁻¹).
Метод можно адаптировать и для других металлов — это открывает простой путь к созданию SAC.
Польза исследования
- Экология: CO₂ — главный виновник парникового эффекта. Катализаторы вроде CuTOK помогут превращать его в полезные химикаты, снижая выбросы.
- Экономика: Медь дешевле платины или палладия. Если метод масштабируют, производство станет выгоднее.
- Технологии: Простота синтеза (измельчение + прокаливание) сократит затраты на создание катализаторов для промышленности.
Исследователи не проверили стабильность CuTOK в длительных реакциях. SAC часто деградируют из-за миграции атомов — нужно убедиться, что медь не теряет активность после десятков циклов.
Ранее ученые разработали новый катализатор на основе меди и органики.
