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

19164Уязвимые обучающие приложения открывают доступ к облакам Fortune 500 для криптомайнинга 19163Почему ботнет SSHStalker успешно атакует Linux уязвимостями десятилетней давности? 19162Microsoft устранила шесть уязвимостей нулевого дня и анонсировала радикальные изменения в... 19161Эскалация цифровой угрозы: как IT-специалисты КНДР используют реальные личности для... 19160Скрытые потребности клиентов и преимущество наблюдения над опросами 19159Академическое фиаско Дороти Паркер в Лос-Анджелесе 19158Китайский шпионский фреймворк DKnife захватывает роутеры с 2019 года 19157Каким образом корейские детские хоры 1950-х годов превратили геополитику в музыку и... 19156Научная революция цвета в женской моде викторианской эпохи 19155Как новый сканер Microsoft обнаруживает «спящих агентов» в открытых моделях ИИ? 19154Как новая кампания DEADVAX использует файлы VHD для скрытой доставки трояна AsyncRAT? 19153Как новые китайские киберкампании взламывают госструктуры Юго-Восточной Азии? 19152Культ священного манго и закат эпохи хунвейбинов в маоистском Китае 19151Готовы ли вы к эре коэффициента адаптивности, когда IQ и EQ больше не гарантируют успех? 19150Иранская группировка RedKitten применяет сгенерированный нейросетями код для кибершпионажа
Ссылка