Рутений (Ru) — ценный металл, используемый в катализаторах для ускорения химических реакций во многих промышленных процессах. Это может помочь повысить эффективность и сократить количество энергии, необходимой для химического производства. Однако, поскольку он редок и дорог, ученые ищут способы его более эффективного использования.
Одним из многообещающих подходов является использование отдельных атомов рутения вместо более крупных частиц металла, что позволит большему количеству металла принимать участие в химических реакциях. Однако проблема заключается в том, чтобы найти способ включить большое количество этих атомов в один катализатор.
Чтобы решить эту проблему, исследователи из Университета Тохоку в сотрудничестве с Университетом Цукуба, Университетом Киото и Университетом Осаки разработали новый метод производства одноатомных катализаторов рутения. Прочный высокоселективный катализатор способен превращать вредный углекислый газ (CO₂) в муравьиную кислоту, которая является ценным сырьем для многих отраслей промышленности.
Результаты были опубликованы в журнале Angewandte Chemie International Edition 3 сентября 2026 года.
«Одноатомные катализаторы позволяют лучше использовать ценные металлы, позволяя большему количеству атомов принимать участие в химических реакциях», — объясняет доцент Такехару Йошии из Передового института материаловедения (WPI-AIMR) Университета Тохоку. «Однако при использовании больших количеств рутения атомы имеют тенденцию слипаться, что затрудняет их разделение. Мы разработали новый способ удержания отдельных атомов рутения внутри углеродного материала даже при высоких концентрациях».
Чтобы создать катализатор, исследователи разработали молекулы с более гибкой структурой, чем те, которые использовались в более ранних методах, что позволяет им лучше приспосабливаться к атомам рутения. Затем команда нагрела их, чтобы сформировать организованный пористый углеродный материал. Используя этот метод, они достигли содержания рутения до 11% по массе по сравнению с обычно менее 2% в обычных одноатомных катализаторах рутения.
Исследователи также проверили, насколько хорошо новый катализатор может превращать CO₂ в муравьиную кислоту. Селективность достигала более 99%, а это означает, что образовывалось очень мало нежелательных побочных продуктов. Даже после многократного использования катализатор сохранял свои высокие характеристики без каких-либо признаков слипания атомов металла или повреждения углеродной структуры.
Этот метод может помочь исследователям разработать более эффективные катализаторы, более эффективно используя ограниченные ресурсы металлов. Основываясь на этих выводах, команда планирует изучить, можно ли использовать тот же подход с другими драгоценными металлами, такими как платина, палладий и иридий.
- Подробности публикации:
Заголовок: Полипиридильные координационные мотивы как предшественники упорядоченных углеродистых каркасов на пути к одноатомным рутилиевым катализаторам высокой плотности
Авторы: Коки Чида, Тан-Хао Ши, Такехару Ёси, Юитиро Хаясака, Ю Гао, Хао Чжан, Николай Косинов, Сигэхиса Акине, Казухидэ Камия, Кайнинг Ли, Ёсифуми Кондо, Ясутака Кувахара, Томоки Огоши, Хиротомо Нишихара
Журнал: Международное издание «Прикладная химия»
ДОИ: 10.1002/люб.6197340
/ Публичный выпуск. Этот материал от исходной организации/автора(ов) может иметь характер на определенный момент времени и быть отредактирован для ясности, стиля и объема. Mirage.News не занимает институциональных позиций или сторон, и все взгляды, позиции и выводы, выраженные здесь, принадлежат исключительно автору(ам). Полный текст можно посмотреть здесь.
