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

19521Банковский троян VENON на Rust атакует Бразилию с помощью девяти техник обхода защиты 19520Бонобо агрессивны не меньше шимпанзе, но всё решают самки 19519Почему 600-килограммовый зонд NASA падает на Землю из-за солнечной активности? 19518«Липовый календарь»: как расписание превращает работников в расходный материал 19517Вредоносные Rust-пакеты и ИИ-бот крадут секреты разработчиков через CI/CD-пайплайны 19516Как хакеры за 72 часа превратили npm-пакет в ключ от целого облака AWS 19515Как WebDAV-диск и поддельная капча помогают обойти антивирус? 19514Могут ли простые числа скрываться внутри чёрных дыр? 19513Метеорит пробил крышу дома в Германии — откуда взялся огненный шар над Европой? 19512Уязвимости LeakyLooker в Google Looker Studio открывали доступ к чужим базам данных 19511Почему тысячи серверов оказываются открытой дверью для хакеров, хотя могли бы ею не быть? 19510Как исследователи за четыре минуты заставили ИИ-браузер Perplexity Comet попасться на... 19509Может ли женщина без влагалища и шейки матки зачать ребёнка естественным путём? 19508Зачем учёные из Вены создали QR-код, который невозможно увидеть без электронного... 19507Девять уязвимостей CrackArmor позволяют получить root-доступ через модуль безопасности...
Ссылка