Новости химической науки > Тройная связь в СО delenda est

Химикам из Великобритании удалось наблюдать, как тройная связь углерод-кислород молекулы СО, одна из наиболее прочных химических связей, реализующихся в двухатомной молекуле, разрывается при окислении моноксида углерода на поверхности золотого катализатора.

Моноксид углерода (угарный газ) отравляет человека, связываясь с гемоглобином крови и превращая его в метгемоглобин, вещество не способное осуществлять транспорт кислорода к органам. Легкое окисление СО до диоксида углерода является процессом, имеющим важное значение для систем жизнеобеспечения в замкнутых пространствах с ограниченным притоком воздуха – космических кораблях, подводных лодках и шахтах. Процесс окисления моноксида углерода до диоксида при комнатной температуре ускоряется катализатором из золота.

Исследователям удалось определить как протекает диссоциация молекулы СО на поверхности золота. (Рисунок из Phys. Chem. Chem. Phys., 2011, DOI: 10.1039/c0cp01852j)

До настоящего времени при изучении процесса окисления СО исследователи уделяли большее внимание активным центрам катализатора и меньшее – механизму реакции. Грэм Хатчинс (Graham Hutchings) и Альберт Карли (Albert Carley) из Университета Кардиффа исследовали механизм реакции, протекающей на катализаторе Au/Fe₂O₃, и обнаружили, что при совместной с кислородом адсорбции на поверхность катализатора молекула CO диссоциирует при умеренной температуре. Этот результат особенно удивителен тем, что связь C≡O представляет собой самую прочную связь, реализующуюся в двухатомной молекуле (энергия диссоциации C≡O составляет 1069 кДж/моль, в молекуле моноксида углерода также наблюдается малое межъядерное расстояние - d_C≡O=0,1128 нм).

Исследователи использовали реактор временного анализа продуктов реакции [ The team used a temporal analysis of products (TAP)], сопряженный с масс-спектрометром. Такая комбинация позволила наблюдать процессы, протекающие на поверхности катализатора в режиме реального времени. В реакторе TAP на поверхность катализатора подаются контролируемые импульсы относительно малых количеств молекул, при этом происходит быстрый анализ частиц, образующихся на поверхности катализатора. Как поясняет Хатчинс, с помощью реактора TAP удалось отобрать первичный экспериментальный материал о начальных этапах химической реакции, затем этот материал обрабатывали, применяя традиционные для химических процессов, протекающих на поверхности, модели.

Ричард Катлоу (Richard Catlow), эксперт по теоретическому и структурному исследованию сложных материалов из Университетского Колледжа (Лондон) отмечает, что работа Хатчинса представляет собой элегантное исследование, проведенное с применением широкого набора исследовательских методов – как экспериментальных, так и теоретических, и позволяющее определить самые значащие этапы химической реакции. Катлоу добавляет, что самым значительным результатом работы является наблюдение диссоциации C≡O на поверхности золотого катализатора. В дальнейших планах группы изучить, протекает ли диссоциация C≡O связи при реализации других каталитических систем.

Источник: Phys. Chem. Chem. Phys., 2011, DOI: 10.1039/c0cp01852j

метки статьи: #аналитическая химия, #кинетика и катализ, #неорганическая химия, #физическая химия, #химия поверхности