Новости химической науки > Катализатор один, реакции две

Исследователи из США разработали новый материал, который может катализировать две последовательно протекающие реакции, позволяя получать важные для промышленности интермедиаты в режиме one pot.

Твердые гетерогенные катализаторы важны для химической промышленности, поскольку ускоряют реакции получения многих соединений, использующихся в потребительских товарах. Такие катализаторы обычно представляют собой наноразмерные частицы металла или оксида металла, нанесенные на твердотельную подложку. Свойства и активность таких гетерогенных катализаторов могут быть химически изменены, чтобы настроить их активность и селективность, однако довольно непросто катализировать различные реакции одним и тем же материалом.

Исследователи из группы Пейдонга Янга (Peidong Yang) из Университета Калифорнии (Беркли) разработали нанокристаллический катализатор, содержащий несколько различных каталитически активных поверхностей и способный катализировать две различные последовательно протекающие реакции.

Сборка нового тандемного катализатора. (Рисунок из Nat. Chem., 2011, DOI: 10.1038/nchem.1018)

Сборка катализатора происходила следующим образом – нанокубики из платины организовывались монослоем (между нанокубиками находился связывающий их олеиламин), после чего монослой из нанокубиков переносился на идеально плоскую поверхность оксида кремния. Второй монослой, состоящий из нанокубиков оксида церия, разделенных олеиновой кислотой, помещали поверх слоя из наночастиц платины, таким образом образовывался двойной слой из наночастиц. На завершающем этапе получения катализатора ультрафиолетовое излучение способствовало удалению олеиламина и олеиновой кислоты, в результате чего между размещенными стопками нанокристаллами образовались вертикальные интервалы. Такой подход к дизайну катализатора позволяет получать активные поверхности металла и оксида металла с большой площадью.

Для проверки возможностей новой двуслойной структуры исследователи решили проверить, как в рамках новой системы будут проявлять каталитическую активность известные гетерогенные каталитические системы – CeO₂/Pt и Pt/SiO₂. Было продемонстрировано , что на CeO₂/Pt протекало каталитическое разложение метанола на CO и H₂ затем система Pt/SiO₂ катализировала гидроформилирование этилена и образование пропаналя.

Эдман Цанг (Edman Tsang), специалист по гетерогенным катализаторам из Оксфорда отмечает, что работа Янга может оказать значительное влияние на разработку промышленных и лабораторных катализаторов. Тем не менее, Цанг считает необходимым подчеркнуть, что нельзя исключать протекание нежелательных побочных реакций на каких-либо поверхностях нового катализатора, и до применения новой концепции на практике предстоит еще немалая работа.

Источник: Nat. Chem., 2011, DOI: 10.1038/nchem.1018

метки статьи: #кинетика и катализ, #органический синтез, #химическая технология, #химия полимеров