Японскими химиками разработан катализатор MnO2

Японскими химиками разработан катализатор MnO2

Учёные Токийского технологического института (Tokyo Tech) разработали и воспроизвели новый катализатор окисления 5-гидроксиметилфурфурола. Разработка имеет решающее значение для производства нового сырья, которое заменяет классические невозобновляемые материалы, используемые на производстве многих видов пластиков. Поиск альтернативы невозобновляемым природным ресурсам является ключевой темой современных исследований. Некоторое сырьё, необходимое для производства многих видов пластиков, включает невозобновляемые ископаемые ресурсы (уголь, природный газ и др.).

Привлекательное сырьё для использования

2,5-фурандикарбоновая кислота (FDCA) видится привлекательным сырьем, допустимым к использованию под создание полиэтиленфураноата, представляющего био-полиэфир, подходящий для разных областей применения. Одним из способов получения FDCA является окисление 5-гидроксиметилфурфурола (HMF), соединения, допускающее синтез из целлюлозы.

Однако существующие в этом процессе реакции окисления требуют присутствия катализатора, который необходим на промежуточных стадиях реакции при производстве конечного продукта.

Ряд катализаторов, пригодных для окисления HMF, содержат драгоценные металлы, что видится явным недостатком, учитывая дороговизну и редкость драгметаллов. Между тем исследователи обнаружили, что оксиды марганца в сочетании с определенными металлами (железо, медь) допустимо использовать в качестве катализаторов.


Следуя в этом направлении, группа ученых Токийского технологического университета сделала ещё более значимое открытие: двуокись марганца (MnO2) вполне допустимо применять в качестве эффективного катализатора, если полученные кристаллы имеют соответствующую структуру.

Специалистами была выполнена сложная работа по определению требуемой кристаллической структуры MnO2, способной проявлять лучшую каталитическую активность для получения FDCA. В результате компьютерного анализа и доступной теории японские учёные пришли к выводу, что структура кристаллов имеет решающее значение на стадиях, связанных с окислением HMF.

Тонкости процесса катализа

Кристаллическая структура MnO2 переносит определенное количество атомов кислорода на подложку (HMF или другие побочные продукты) и становится MnO2-δ. Затем, поскольку реакцию проводят в атмосфере кислорода, MnO2-δ быстро окисляется и вновь превращается в MnO2.

Энергия, востребованная для этого процесса, связана с энергией, необходимой для образования кислородных вакансий и сильно зависит от кристаллической структуры. Фактически, команда подсчитала, что активные кислородные узлы имели более низкую (и, следовательно, лучшую) энергию образования вакансий.

Используя наработанный методологический подход, японские учёные продолжают работы по дальнейшему развитию катализаторов MnO2. По мнению учёных, функционал β-MnO2 откроет новые возможности для разработки высокоэффективных катализаторов окисления различных соединений, полученных из биомассы. Подобные исследования гарантируют доступность возобновляемого сырья для людей и позволят в перспективе избежать кризисов по причине сырьевого дефицита.


При помощи информации: Titech


Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *