Один и тот же активный компонент катализатора может направлять химическую реакцию по-разному — в зависимости от материала, на котором он закреплён. Учёные ФИЦ «Институт катализа СО РАН» и Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» выяснили, как это происходит при превращении этанола в ацетальдегид. За изменениями они наблюдали непосредственно во время реакции с помощью синхротронного излучения и машинного обучения.
Результаты представил младший научный сотрудник отдела синхротронных исследований функциональных материалов ЦКП «СКИФ» Егор Айдаков на международной конференции SKIF-2026. Об исследовании сообщила пресс-служба Института катализа СО РАН.
Ацетальдегид — продукт многотоннажной химической промышленности. При его получении из этанола важно подобрать катализатор так, чтобы реакция давала нужное вещество и меньше побочных продуктов. Для этого необходимо понимать, что происходит с материалом в рабочих условиях.
Исследователи сравнили два катализатора: в обоих активным компонентом служил оксид ванадия, но в одном случае его нанесли на оксид титана, а в другом — на оксид церия. Такой материал-основу называют носителем. Он удерживает активный компонент, но может и сам участвовать в процессах, определяющих ход реакции.
«Важно было проследить не только за продуктами реакции, но и за тем, что происходит с атомами катализатора в тех же условиях», — рассказал Егор Айдаков.
Эксперименты проводили при атмосферном давлении и температурах от 50 до 300 °C — в потоке этанола и в его смеси с кислородом. Синхротронная рентгеновская спектроскопия позволила отслеживать химическое состояние элементов прямо в ходе превращений. Для количественного анализа спектров использовали подход на основе машинного обучения, разработанный в Южном федеральном университете. Состав продуктов определяли с помощью инфракрасной спектроскопии.
Разница между носителями оказалась существенной. На оксиде титана ванадий при взаимодействии с этанолом восстанавливался сильнее. В системе с оксидом церия изменения затрагивали и сам носитель: часть церия участвовала в окислительно-восстановительных процессах.
Менялся и состав получаемых веществ. На катализаторе с оксидом титана в присутствии кислорода наряду с ацетальдегидом образовывались уксусная кислота, монооксид углерода и углекислый газ. При использовании оксида церия уксусную кислоту не обнаружили.
Сопоставление этих результатов помогает связать поведение атомов катализатора с направлением реакции. В дальнейшем такие данные могут использовать для подбора состава материалов, которые более избирательно превращают этанол в нужный продукт.
Конференция «Синхротронные исследования: Наука, Знания, Инновации, Будущее» проходит 18–23 октября 2026 года при поддержке Российского научного фонда и приурочена к открытию ЦКП «СКИФ».
Иллюстрация: НИА «Экология», создано с помощью ИИ.
