Ssylka

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

18586Криптовалютный червь: как десятки тысяч фейковых пакетов наводнили npm 18585Портативный звук JBL по рекордно низкой цене 18584Воин-крокодил триаса: находка в Бразилии связала континенты 18583Опиум как повседневность древнего Египта 18582Двойной удар по лекарственно-устойчивой малярии 18581Почему взрыв массивной звезды асимметричен в первые мгновения? 18580Почему самые удобные для поиска жизни звезды оказались наиболее враждебными? 18579Смертоносные вспышки красных карликов угрожают обитаемым мирам 18578Почему самый активный подводный вулкан тихого океана заставил ученых пересмотреть дату... 18577Вспышка на солнце сорвала запуск ракеты New Glenn к Марсу 18576Как фишинг-платформа Lighthouse заработала миллиард долларов и почему Google подала на... 18575Почему космический мусор стал реальной угрозой для пилотируемых миссий? 18574Зеленый свидетель: как мох помогает раскрывать преступления 18573Инфраструктурная гонка ИИ: Anthropic инвестирует $50 миллиардов для Claude 18572Кровь активных мышей омолодила мозг ленивых сородичей