Ученые Сколтеха совместно с коллегами из других институтов создали уникальный катализатор из углерода и палладия на основе переработанных растительных отходов: он может применяться для производства лекарств, пестицидов и пластика и позволит сэкономить до 99% палладия. Благодаря отсутствию в катализаторе пор, снижающих активность палладия, расход этого драгоценного металла снижается примерно в 100 раз по сравнению с аналогичными промышленными катализаторами. Ноу-хау создано при участии специалистов из Института органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН, Южно-Российского государственного политехнического университета и других российских научных организаций. Результаты исследования опубликованы в научном журнале ChemSusChem.
Окрашенный снимок с просвечивающего электронного микроскопа. На бирюзовом фоне (углерод) видны белые крапинки — отдельные атомы и наночастицы палладия. В эффективном катализаторе (слева) частицы палладия хорошо различимы на поверхности, а в неэффективном (справа) — металл заперт в микропорах углерода и малодоступен для участия в реакциях. Источник: Дарья Чернышева и др./ChemSusChem (2025), e202500736 © Wiley-VCH GmbH; отредактировал Николай Посунько/Skoltech PR
В пресс-службе Сколтеха пояснили, что благодаря высокому содержанию азота новый материал позволяет прочно удерживать на поверхности активные наночастицы и атомы палладия. Такой катализатор содержит очень мало «мертвого» металла (застрявшего в микропорах и недоступного химическим реагентам) и демонстрирует рекордную активность в промышленно важных реакциях кросс-сочетания и гидрирования, используемых для производства лекарств, пестицидов и мономеров.
Специалисты подчеркнули, что использование нового катализатора позволит удешевить производство многих синтетических веществ и уменьшить их загрязнение токсичным палладием, что имеет большое значение для фармацевтики.
Сырьем для производства нового катализатора стали так называемые гумины, в больших количествах образующиеся на химических заводах по производству древесного спирта, фурфурола и других веществ из растительного сырья. Благодаря высокому содержанию углерода и специфическим свойствам такие отходы обеспечили получение уникального углеродного материала с большим содержанием азота. В Сколтехе отметили, что эффективность нового катализатора в исследованных реакциях превзошла большинство ранее известных катализаторов Pd/C, производимых из отходов переработки растительного сырья.
Подробнее о работе и ближайших планах ученых корреспонденту «Научной России» рассказал главный научный сотрудник центра Энергетических технологий (CEST) Сколтеха, доктор химических наук, профессор РАН Виктор Михайлович Чернышев.
«Наши дальнейшие планы состоят в том, чтобы исследовать возможности получения катализаторов из гуминов и других металлов (платина, рутений, никель и др.) с применением допирующих добавок на основе фосфора, бора, серы и других элементов и изучить их в катализе различных органических реакций и в электрокатализе. <…> Что касается трудностей, с которыми нам пришлось столкнуться в ходе исследования, то в научном плане возникли проблемы междисциплинарного характера: было непросто доказательно объяснить механизм влияния пористой структуры материала и его элементного состава на каталитическую активность. В организационном плане ― потребовалось проводить исследования на дорогостоящем научном оборудовании (доступ к которому получить зачастую весьма непросто) и организовать взаимодействие между учеными из разных организаций».
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
