Ученые СО РАН выяснили, какие спирты блокируют процесс переноса водорода

23.04.24 09:47

Они раскрыли механизм их влияния на состояние активных центров никелевых металлических катализаторов. Полученные данные принципиально важны для понимания допустимых границ применения катализаторов реакций переноса водорода и разработки соответствующих технологий запасания и транспортировки водорода.

 

Спирты часто рассматривают как перспективные доноры водорода — их активность неоднократно доказана, они просты в обращении и безопасны для транспортировки в отличие от газообразного водорода. Дополнительное привлекательное преимущество — возможность получения спиртов из растительной биомассы, что делает процесс более экологически чистым. 

 

Для извлечения водорода из спиртов можно использовать никелевые катализаторы — у них высокая активность и они дешевые. Однако, они могут терять свою активность под действием реакционной среды и условий процесса. Ученые ИК СО РАН раскрыли универсальный механизм, в соответствии с которым первичные спирты, такие как метанол, этанол и 1-пропанол, отравляют катализатор. В то же время со вторичным спиртом (например, 2-пропанолом) процесс протекает эффективно.

 

«Мы выяснили, что первичные спирты с никелевыми катализаторами не работают. От них отделяется молекула монооксида углерода, из-за чего катализатор дезактивируется и больше не способен эффективно работать. Вторичные спирты, а именно 2-пропанол, позволяют проводить реакцию переноса водорода, и, следовательно, процесс гидрирования. Эти данные важны с точки зрения использования спиртов как источника водорода для проведения реакций гидрирования», — рассказывает научный сотрудник отдела физико-химических методов исследования на атомно-молекулярном уровне (ОФХИ АМУ) ИК СО РАН к.х.н. Николай Нестеров.

 

Ученый отмечает, что при работе с первичными спиртами никелевые катализаторы претерпевают фазовые превращения. Так, формируется фаза карбида никеля, а также значительно увеличивается размер каталитически активных частиц металлического никеля, что практически полностью дезактивирует катализатор. Работа со вторичными спиртами не приводит к перестройке никелевого катализатора, и он сохраняет свою активность в ходе процесса.

 

По словам руководителя ОФХИ АМУ, замдиректора Института катализа СО РАН д.х.н. Олега Мартьянова, эта работа — яркий пример синергизма идей и знаний специалистов из областей органической химии (группа начинала работать под руководством крупного специалиста Андрея Чибиряева), катализа и физических методов исследования. «С одной стороны, полученные результаты подтверждают правильность идеи основателя института Г. К. Борескова о взаимодействии гетерогенного катализаторов и реакционной среды, с другой — принципиальную важность использования комплекса взаимодополняющих методов исследования в режиме in situ, когда появляется возможность одновременно получать информацию о состоянии катализаторов и химических превращениях, которые реализуются в ходе химического процесса. Нам многое предстоит сделать в этом направлении, в том числе исследовать восстановительные превращения гетероатомных соединений тяжелых нефтей в низших спиртах», — резюмирует ученый. 

 

Изображение: Элементное картирование никелевого катализатора после взаимодействия с первичным спиртом при температуре 250 °С. Источник: ИК СО РАН.

 

Читайте также: