Новости химической науки > Новый класс катализаторов с необычно высокой селективностью

Металлоорганические каркасные структуры [metal-organic frameworks (MOFs)] с необычной трехмерной структурой представляют собой активные и селективные катализаторы, производительность которых в 1,5 раза превышает производительность промышленных катализаторов, использующихся для ускорения модельной реакции.

Для получения металлоорганических каркасов использовали тетраэдрические строительные блоки. Новые пористые структуры проявляют каталитическую активность в алкилировании ароматических соединений, позволяя получить высокие выходы продуктов пара-алкилирования. (Рисунок из Dalton Transactions, 2010, 39(7): 1692)

Высокая селективность нового катализатора – его способность к избирательной активации соединений с определенной структурой – позволит использовать этот класс катализаторов для энергетики, экологически чистых промышленных процессов и других приложений.

Современные промышленные катализаторы позволяют добиться конверсии до 60 реагентов. Стабильный катализатор, способствующий стопроцентной конверсии реагентов, приведет к созданию боле эффективных промышленных процессов, протекающих без образования промышленных отходов. Устойчивый и активный катализатор, обладающий высокой селективностью, может пригодиться для увеличения эффективности нефтепереработки, переработки биомассы и снижения уровня выхлопов от двигателей внутреннего сгорания.

Эффективный катализатор должен характеризоваться следующими свойствами: высокой активностью, большой площадью поверхностью, долговечностью и устойчивостью при высоких температурах. В поисках новых катализаторах исследователи синтезировали библиотеку металлоорганических каркасных структур и протестировали их в реакциях алкилирования, часто применяющихся для переработки нефтепродуктов. Исследователи изучали скорость химической реакции и влияние структуры катализатора на строение продуктов каталитической реакции.

Металлоорганические каркасные структуры представляют собой кристаллические упорядоченные трехмерные структуры с полостями большого размера, внутри этих пор находятся доступные атомы металлов. Настройка размеров и формы пор, позволяющая допустить протекание строго определенных реакций, определяет возможность практического применения катализатора. Полученные металлоорганические каркасные структуры демонстрировали высокую стерическую селективность, действуя как сито, пропускающее к активным центрам катализатора молекулы строго определенной формы. Такая селективность может стать преимуществом для подбора катализатора определенного строения для конкретной реакции.

Помимо высокой стерической селективности новые катализаторы отличаются значительной площадью поверхности, которая увеличивает степень конверсии реагентов и увеличивает скорость каталитического процесса. Было обнаружено, что новый катализатор позволяет добиться 100% конверсии реагентов.

Металлоорганические каркасные структуры позволяют эффективно проводить реакции, поддерживая высокую температуру реакционной смеси. Изучение материала также позволяет предположить, что такие молекулярные решетки могут применяться не только в нефтепереработке и увеличении качества моторного топлива, но и для улавливания главного компонента парниковых газов – диоксида углерода.

Исследователи намерены продолжить изучение уникальных металлоорганических каркасных структур, настроив селективность материала на получение химических соединений с определенной структурой. Для достижения этой цели исследователи планируют определить строение активных каталитических центров нового материала. Они также надеются, что настройка топологии пор металлоорганических каркасных структур позволит увеличить площадь поверхности материала.

Источник: Dalton Transactions, 2010, 39(7): 1692; DOI:10.1039/b921118g

метки статьи: #кинетика и катализ, #неорганическая химия, #новые материалы, #органическая химия, #химия поверхности, #химия полимеров