Катализатор нового поколения: эффективное преобразование биомассы с помощью биметаллена Pd3Pt1

Стабильная и рентабельная переработка биомассы становится ключевым направлением устойчивой биоэкономики. Одним из важнейших соединений, получаемых из лигноцеллюлозной биомассы, является 5-гидроксиметилфурфурол (HMF). Это вещество рассматривается как перспективная альтернатива традиционным нефтехимическим платформенным молекулам. Наибольший практический интерес вызывает селективное гидрирование HMF в 2,5-дигидроксиметилфуран (DHMF), который служит исходным сырьем для фармацевтических препаратов, аналогов нуклеозидов и специальных полимеров.
Катализатор нового поколения: эффективное преобразование биомассы с помощью биметаллена Pd3Pt1
Изображение носит иллюстративный характер

Традиционные методы гидрирования HMF используют термокаталитические процессы, для которых требуются высокие температуры и давление. Это приводит к значительным затратам энергии и создает технологические сложности. Решение проблемы предложила команда под руководством профессора Юй Чэня из Шэньсийского педагогического университета (Китай), опубликовав результаты работы в журнале Chinese Journal of Catalysis.

Исследователи разработали новый каталитический материал — биметаллен Pd3Pt1 (Pd3Pt1 BML), который синтезируется с помощью простой гальванической замещения. Его уникальная двухмерная структура металллена отличается тем, что атомы платины равномерно распределены внутри решетки палладия на атомарном уровне. Такое строение обеспечивает исключительно высокую каталитическую активность и избирательность.

В ходе экспериментов была достигнута фарадеевская эффективность свыше 93%, а селективность по DHMF превысила 66%. Все процессы проводились при мягких (близких к комнатным) условиях, что резко снижает энергопотребление по сравнению с традиционными подходами.

Механизмы высокой эффективности Pd3Pt1 BML были подробно изучены с использованием in-situ рамановской спектроскопии и квантово-химических расчетов (DFT). Спектроскопия показала ослабление адсорбции HMF на палладиевых центрах катализатора. Согласно расчетам, атомарно распределенная платина способствует переносу активного водорода ("hydrogen spillover") и ускоряет гидрирование. Кроме того, платина снижает риск отравления катализатора, ослабляя прочность связи HMF с палладием и одновременно обеспечивая высокую концентрацию активных водородных видов на поверхности.

Инновация заключается и в конфигурации электролизера: используется парный электролиз с одновременным протеканием электрокаталитического гидрирования HMF на катоде и реакции окисления муравьиной кислоты (FAOR) на аноде. Такой подход позволяет избежать кислородовыделительной реакции (OER), которая ранее была «узким местом» из-за низкой скорости и высокого энергопотребления. Электролизер на базе Pd3Pt1 BML || Pd3Pt1 BML показывает плотность тока 10 мА/см² при напряжении ячейки 0,72 В. Это почти на 1 В меньше, чем в системах с анодной OER, что приводит к значительной экономии энергии.

Сочетание синергетических эффектов между палладием и платиной, а также уникальная электронная структура катализатора определяют его выдающуюся активность и избирательность в производстве DHMF из HMF. Работа коллектива профессора Юй Чэня демонстрирует, что новые биметаллические каталитические системы и инновационные схемы электролиза открывают путь к энергоэффективному и экологически чистому синтезу ценных соединений из возобновляемого сырья.


Новое на сайте

20065[b]СПКЯ стало СПМЯ: почему переименование болезни, затрагивающей миллионы женщин, заняло... 20064[b]Почему великая пирамида Гизы пережила все землетрясения за 4500 лет[/b] 20063[b]Генетика Homo erectus: что зубная эмаль рассказала о наших предках[/b] 20062[b]Кости в бухте эребус: что кости моряков Франклина рассказывают спустя полтора века[/b] 20061[b]Крупнейший плавучий ветрогенератор в мире: Китай испытывает установку у берегов... 20060[b]Карие глаза младенца стали индиго после лечения от COVID-19[/b] 20058[b]Почему серебряная чаша с Афиной пролежала в немецком лесу две тысячи лет?[/b] 20057[b]Дыра в атмосфере солнца: вспышка достигла пика и может зажечь полярное сияние[/b] 20056[b]Динго возрастом 950 лет: кто и зачем кормил могилу животного сотни лет?[/b] 20055[b]Томоэ гозэн: женщина-самурай, которая существовала на самом деле[/b] 20054[b]Что видели астронавты «Аполлона-12» над лунным горизонтом?[/b] 20053[b]Восковой блокнот на латыни и шёлковая туалетная бумага: кто посещал средневековый... 20052[b]Хантавирус на борту: 41 человек под наблюдением после рейса MV Hondius[/b] 20051[b]Зелёные камни в пещере Пиренеев: четыре тысячи лет медной металлургии[/b]
Ссылка