Группа учёных лаборатории каталитических исследований химического факультета Томского государственного университета в рамках проекта, поддержанного РНФ, создала новый полифункциональный материал, сочетающий свойства сорбента и катализатора. Разработка химиков поможет решать экологические проблемы: новый катализатор способен улавливать и нейтрализовывать толуол, бензол, метанол и другие опасные вещества промышленных сбросов и выхлопных газов автотранспорта. Фундаментальные основы создания катализаторов для улучшения экологии учёные представили в обзорной статье, которую опубликовал один из самых престижных мировых журналов в области катализа Applied Catalysis B: Environmental (Q1).
– В статье мы проводим системный анализ последних исследований в области создания и применения Pt-CeO2 композитов, – говорит старший научный сотрудник ЛКИ ХФ ТГУ Михаил Салаев. – Взаимодополняющие свойства частиц платины и оксида церия позволяют использовать эти материалы и в экологическом катализе, например, в реакциях нейтрализации широкого ряда легколетучих органических соединений, сажи, нитроароматики, а также для утилизации углекислого газа и фотокаталитических процессов. В статье обсуждаются современные методы конструирования таких материалов, влияние этих методов на свойства частиц платины, поверхности оксида церия, а также на природу и структуру активных центров.
На основе фундаментальных данных в рамках проекта РНФ (грант № 18-73-10109), направленного на разработку катализаторов на основе наночастиц серебра, платины и оксида церия, химики ЛКИ ТГУ создали новый материал. Учёным удалось подобрать комбинацию Ag-CeO2/SBA-15 (оксид кремния с упорядоченной структурой), которая не содержит дорогостоящих металлов (платины, палладия и золота), но при этом позволяет решать проблему улавливания и последующей нейтрализации вредных веществ намного эффективнее. Эти конкурентные преимущества расширяют возможности использования нового материала для решения проблемы выброса вредных веществ в воздух.
– Особенно актуальна эта проблема при так называемом «холодном старте» двигателя автомобиля, когда в окружающую среду выделяется наибольшее количество опасных веществ, – объясняет руководитель проекта, старший научный сотрудник ЛКИ ХФ Григорий Мамонтов. – Наш материал позволяет улавливать эти соединения при температуре окружающей среды, а затем нейтрализовать до безопасных веществ при последующем прогреве каталитического блока автомобиля до 150–250°C. Этот подход может быть использован и для очистки промышленных сбросовых газов от летучих органических соединений. Катализаторы, разрабатываемые в ходе фундаментальных исследований, можно будет адаптировать под конкретную практическую задачу по очистке воздуха.
Стоит отметить, что грязный воздух все чаще приводит к развитию респираторных, инфекционных, сердечно-сосудистых заболеваний и многих других патологий у детей и взрослых. Использование новых технологий и продуктов, создаваемых учёными, способно значительно уменьшить его негативное влияние на окружающую среду и здоровье человека.
Добавим, что химики ТГУ создают катализаторы для самых разных целей. Например, в настоящее время на ХФ идёт работа над созданием нового класса каталитических материалов – фотокатализаторов, использующих солнечный свет. Их применение выгодно экономически, поскольку не требует высоких температур и давления. Главным условием действия таких материалов является наличие естественного света или его имитации. Фотокатализаторы могут стать основой для разработки новых подходов в энергосберегающей и экологически безопасной энергетике, переработке углеводородного сырья в ценные органические соединения, необходимые для химической, фармацевтической, пищевой и других отраслей промышленности.