Новости химической науки > Цеолиты под флуоресцентным микроскопом

Методика получения изображений, впервые использованная биологами для изучения живых клеток, может быть не менее эффективна для изучения внутренней рабочей поверхности катализатора.

Берт Векхуйзен (Bert Weckhuysen) с коллегами из Утрехтского Университета (Нидерланды) в сотрудничестве с коллегами из США продемонстрировали, что конфокальная флуоресцентная микроскопия может использоваться для изучения свойств и производительности цеолитов, вероятно, наиболее важных промышленных катализаторов.

Одним из областей промышленного применения цеолитных катализаторов является каталитический крекинга – процесс переработки сырых нефтепродуктов в моторное топливо, например, бензин; ежегодно объем рынка синтетических цеолитов составляет около 1,9 миллиардов долларов. Исследователи из группы Векхуйзена смогли продемонстрировать, что внутренняя рабочая поверхность цеолитных катализаторов может быть «подсвечена» с помощью молекул – флуоресцентных меток, что может дать новую информацию о процессах, протекающих при старении цеолитов.

Конфокальная флуоресцентная микроскопия может увеличить эффективность процесса крекинга. (Рисунок из Nat. Chem., 2011, DOI: 10.1038/nchem.1148)

Каталитическим «сердцем» пористой цеолитной структуры – активными центрами, на которых, собственно и протекает крекинг, являются кислотные участки внутренней поверхности, в которых локализованы кислоты Бренстеда. Исследователи из группы Векхуйзена смогли «подсветить» эти каталитически активные центры с помощью тиофена. Молекула тиофена не флуоресцирует, однако при ее полимеризации, инициированной кислотами Бренстеда, олиго- и полимеры начинают флуоресцировать. Таким образом, при использовании конфокального микроскопа участки цеолита, отличающиеся более высокой флуоресценцией, отличались более высокой каталитической активностью.

Векхуйзен отмечает, что возможность построения детальной карты активных центров цеолита может представлять собой один из способов, с помощью которого новая методика может увеличить производительность катализаторов крекинга. К примеру, более однородное распределение активных центров в цеолитном катализаторедолжно увеличить его активность, а степень однородности, в свою очередь, можно определить с помощью флуоресцентной микроскопии. С помощью новой методики также был проанализирован образец обычного промышленного катализатора – такие исследования необходимы для уточнения механизма старения и дезактивации промышленных катализаторов.

Брюс Гейтс (Bruce Gates), специалист по гетерогенному катализу из Университета Калифорнии отмечает, что строение цеолитных катализаторов исключительно сложно, поэтому даже скромные успехи в изучении их строения могут быть весьма ценными – при масштабах применимости процесса крекинга даже незначительная оптимизация этого процесса может существенно увеличить его отдачу и привести к значительному финансовому выигрышу.

Майкл Стокенхубер (Michael Stockenhuber) из Университета Ньюкасла (Австралия) отмечает, что микроскопия хороша для изучения цеолитов, поскольку их кислые активные центры располагаются друг относительно друга еще на таком расстоянии, которое еще можно наблюдать с помощью оптической микроскопии, однако добавляет, что ряд аналитических методик, например некоторые модификации рентгеноструктурного анализа, могут построить карту активности катализатора с гораздо более высоким разрешением, хотя, может быть, и с меньшей скоростью.

Источник: Nat. Chem., 2011, DOI: 10.1038/nchem.1148

метки статьи: #аналитическая химия, #кинетика и катализ, #химическая технология, #химия поверхности