http://www.ras.ru/news/shownews.aspx?id=84f71220-6c6a-4935-9292-62d2e29bf655&print=1© 2024 Российская академия наук
Цеолиты, модифицированные металлами, можно использовать для превращения метана в другие химически полезные вещества — за результаты исследования в этом направлении научному сотруднику Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН кандидату химических наук Антону Алексеевичу Габриенко присудили премию Российского клуба Европейской академии для молодых ученых России.
Европейская академия — общественная неправительственная организация, созданная в 1988 году и объединяющая ведущих ученых европейских стран. Включает секции по всем основным разделам естественных и гуманитарных наук. С 1992 года Российский клуб Европейской академии присуждает премии для поощрения и поддержки наиболее талантливых молодых российских ученых. Они присуждаются за фундаментальные научные исследования, выполненные в России и опубликованные в виде книг или статей в ведущих научных журналах.
Работа Антона Габриенко посвящена цеолитам — классу природных и синтетических веществ, свойства которых делают их хорошими катализаторами. Особую роль в этом играет их молекулярно-ситовой эффект: каждый из сотни видов цеолитов обладает уникальной пористой структурой, то есть специфической геометрией и взаимным расположением множества каналов внутри кристаллов. Также для использования цеолитов в качестве катализаторов важно то, что в их составе присутствует определенный тип сильных бренстедовских кислотных центров. Совокупность этих свойств делает цеолиты ценными материалами для разных химических процессов, например нефтепереработки.
Еще в конце 1980-х обнаружили, что если химическим способом ввести в цеолиты катионы металлов, то получившаяся система получает новые свойства. В ряде научных статей была продемонстрирована возможность химической активации метана и его превращение в другие полезные продукты, например метанол, карбоновые кислоты или ароматические углеводороды. Эта область исследований продолжила развиваться и сегодня является важным направлением, ведь метан — один из самых распространенных и дешевых углеводородов. Однако этот алкан достаточно инертен, поэтому перед учеными стоит задача научиться не просто сжигать метан как топливо, но и превращать его во что-то полезное. Специалисты ИК СО РАН принимают активное участие в исследовании, каталитических свойств металл-модифицированных цеолитов, в частности, механизма активации метана и его превращения в другие вещества.
Для этой работы ученые ИК СО РАН выбрали два цеолита: ZSM-5 и BEA. Они уже широко распространены в промышленности и активно используются в катализе как обладающие наиболее оптимальными свойствами, например, термической стабильностью.
— Мы уже достаточно подробно изучили свойства этих цеолитов после их модифицирования цинком, галлием, серебром, индием и сейчас начинаем эксперименты с медьсодержащими системами, — рассказывает Антон Габриенко. — Также попробовали посмотреть, как себя ведут золото- и лантансодержащие цеолиты, но они не дали никакого положительного результата применительно к активации метана. Зато с остальными пятью системами нам удалось получить очень интересные результаты. Как оказалось, разные металлы по-разному активируют метан: мы показали, что, меняя их, можно получать разные продукты. Например, можно использовать медьсодержащие цеолиты для синтеза метанола, а цеолиты с серебром или цинком — для превращения метана в ароматические углеводороды. +
Работать в этом направлении и получать интересные результаты помогает уникальный метод, доступный ученым ИК СО РАН: спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) высокого разрешения в твердом теле. В классическом варианте спектроскопия ЯМР позволяет анализировать жидкости и растворенные образцы, но для исследования гетерогенных катализаторов важно уметь работать и с твердыми объектами. Для этого применяется уникальная методика записи спектров ЯМР в запаянных высокосимметричных стеклянных ампулах. Такие ампулы, представляющие собой микрореатор, помещают в специальный датчик для записи спектров ЯМР и вращают под определенным «магическим» углом с огромной скоростью (около 10 тысяч оборотов в секунду). Так искусственно создается эффект, существующий в жидких образцах, где все частицы двигаются очень быстро в отличие от твердого тела — это позволяет получать точную информацию об исследуемых образцах и проводить с ними разные эксперименты с использованием спектроскопии ЯМР.
«Наука в Сибири»