Золотой катализатор побил десятилетний рекорд в зелёной химии
Новый катализатор на основе золота, марганца и меди с перовскитной структурой позволил получить 95%-ный выход ацетальдегида из биоэтанола при рекордно низкой температуре 225°C, превзойдя прежний эталонный показатель
Короткое резюме
Международная исследовательская группа разработала новый катализатор Au/LaMn0.75Cu0.25O3 для селективного окисления биоэтанола в ацетальдегид — ключевой строительный блок химической промышленности. Катализатор, созданный путём нанесения наночастиц золота на легированную медью перовскитную структуру LaMnO3, продемонстрировал выдающуюся эффективность: выход целевого продукта достиг 95% при температуре всего 225°C и сохранял стабильность в течение 80 часов, что превосходит предыдущий рекордный катализатор Au/MgCuCr2O4, работавший при 250°C.
Успех обусловлен синергетическим взаимодействием между золотом, марганцем и ионами меди в строго оптимизированном соотношении. Эксперименты показали, что как слишком высокое, так и слишком низкое содержание меди ухудшает производительность. Расчётные исследования с использованием теории функционала плотности и микрокинетического моделирования раскрыли механизм: медь, встроенная в структуру перовскита, создаёт высокоактивные центры вблизи наночастиц золота, которые облегчают активацию кислорода и этанола и снижают энергетический барьер ключевых стадий реакции.
Это достижение открывает путь к более экологичному и экономичному производству ацетальдегида из возобновляемого сырья, предлагая альтернативу традиционному энергоёмкому и менее экологичному процессу Вакера на основе этилена. Работа подчёркивает важность точной настройки состава и структуры катализатора для достижения высокой селективности и стабильности в реакциях селективного окисления.
Рекордная эффективность при низкой температуре
Катализатор Au/LaMn0.75Cu0.25O3 обеспечивает 95%-ный выход ацетальдегида из биоэтанола при 225°C, что превосходит предыдущий лучший результат (95% при 250°C), державшийся более 10 лет
Ключевая роль синергии элементов
Высокая активность обусловлена кооперативным взаимодействием наночастиц золота, марганца и оптимально дозированных ионов меди в перовскитной структуре, что было подтверждено экспериментально и теоретически
Оптимизированный состав и стабильность
Точный подбор соотношения Mn/Cu (0.75/0.25) критически важен; катализатор с таким составом сохраняет стабильность в течение 80 часов, тогда как избыток меди приводит к дезактивации
Путь к устойчивому производству
Разработка предлагает более экологичную альтернативу классическому процессу Вакера, позволяя производить ценный химикат ацетальдегид из возобновляемого биоэтанола с высокой эффективностью и селективностью
Текст сгенерирован с использованием ИИ
