Такие системы эффективны, но у них есть проблема: наночастицы металла со временем слипаются или теряются, особенно в жестких условиях. Кроме того, их активность и селективность могут резко меняться из-за перестройки структуры.

Чтобы решить эту проблему, ученые стали создавать катализаторы с инкапсулированными (закрытыми) наночастицами — их помещают внутрь защитных оболочек из оксидов, углерода или металлорганических каркасов (MOF). Это действительно повышает стабильность, но не всегда: в кислых или водных средах оболочка может разрушаться. К тому же толстый защитный слой часто мешает реагирующим молекулам добраться до активных центров, снижая эффективность.

Результаты опубликованы в издании Science China Chemistry.

В новом исследовании предложен оригинальный метод: нанесение рутения на оксид алюминия с последующим покрытием азотированным углеродом и контролируемым травлением. В итоге получился катализатор, где одновременно есть и отдельные атомы рутения, и его наночастицы, частично «утопленные» в углеродный слой.

Почему это важно

• Атомы рутения эффективно расщепляют водород.
• Наночастицы активируют молекулы хинолина (ключевой компонент в синтезе лекарств).
• Водород с атомов мигрирует к наночастицам, где и происходит реакция.

Такой дуэт дает рекордную активность и устойчивость при гидрировании хинолина. Расчеты и эксперименты подтвердили: именно синергия двух форм рутения — главная причина успеха.

Пока метод сложно масштабировать, но он открывает путь к созданию катализаторов, которые не теряют эффективность даже после множества циклов.

Этот подход решает две ключевые проблемы катализа: нестабильность наночастиц и потерю активности при защите. Если технологию удастся удешевить, она найдет применение:

• В нефтехимии (гидрирование ароматических соединений).
• В фармацевтике (синтез азотсодержащих гетероциклов).
• В топливных элементах (управляемые реакции с водородом).

Главное — демонстрация принципа: можно совместить атомарные и наноразмерные центры, усилив их взаимным влиянием.

Отметим, что метод требует сложного синтеза с пиролизом и травлением — это энергозатратно. Для промышленности критично, чтобы процесс работал не только в лабораторных условиях, но и при меньшей чистоте сырья.

Ранее ученые создали светящиеся полимеры для датчиков и экранов.