С 23 по 26 июня 2019 года в конференц-центре отеля «Морозово», расположенного на берегу Бердского залива неподалеку от Новосибирского Академгородка, прошел V Российско-немецкий семинар «Связь между модельным и реальным катализом. Синхротронные исследования в катализе» (5^th Russian-German Seminar on Catalysis “Bridging the Gap between Model and Real Catalysis. Synchrotron Radiation in Catalysis”), организованный Институтом катализа СО РАН (Россия) и Институтом имени Фрица Габера Общества Макса Планка (Германия). Первое мероприятие из этой серии прошло в 2007 году. С тех пор семинар стал традиционным и проводится раз в три года по очереди – в России и в Германии.

В работе семинара приняли участие около сорока специалистов из России и Германии, а также приглашенные лекторы из Италии и Франции. Расширение географического представительства было обусловлено как растущей популярностью семинара, так и включением в научную программу новых направлений, актуальных для мирового научного сообщества.

Научная программа семинара включала шесть пленарных лекций и 23 устных доклада, посвященных трем основным темам:

• In-situ и operando исследования модельных и реальных катализаторов
• Синхротронные исследования в катализе
• Электрокатализ.

В первый день семинара с пленарными лекциями выступили доктор А. Кноп-Герике из Института Фрица Хабера Общества Макса Планка (Германия) и д. ф.-м. н. Я.В. Зубавичус из Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН (Россия).

Пленарная лекция проф. А. Кноп-Герике из Института Фрица Хабера Общества Макса Планка (Германия) “Электронная структура твердых и жидких интерфейсов, подходящих для окисления воды и восстановления диоксида углерода” была посвящена использованию рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии при исследовании электрохимических реакций, таких как выделение кислорода и восстановление CO₂. Было показано, что проведение исследований в режиме in situ позволяет лучше понять механизм реакций выделения кислорода и синтеза ценных углеродных соединений с помощью восстановления углекислого газа. Сочетание современных рентгеновских фотоэлектронных спектрометров и микрореакторов, позволяющих изучать состояние катализаторов на границе интерфейса жидкость-твердое тело, дает возможность в реальном времени отслеживать изменения электронной структуры катализаторов окисления воды и восстановления CO₂.

Д. ф.-м. н. Я.В. Зубавичус из Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН (Россия) прочел пленарную лекцию “Структурная диагностика катализаторов с использованием рентгеновского синхротронного излучения: современные возможности и перспективы”. Лектор рассказал о своих исследованиях, сделанных главным образом в Курчатовском институте с использованием монокристаллической и порошковой рентгеновской дифракции, рентгеновской абсорбционной спектроскопии, малоуглового рентгеновского рассеяния и других методов. Были изучены многоядерные металлосодержащие силоксанолаты, проявляющие значительную каталитическую активность в гомогенном окислении, а также исследовано формирование каталитически активных биметаллических наночастиц из молекулярных предшественников. Рассмотрены новые возможности современной диагностики катализаторов, связанные с созданием Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов».

Во второй день также состоялись две пленарные лекции. В лекции проф. Е.Р. Савиновой из Университета Страсбурга (Франция) “Электрокатализ на молекулярном уровне: от электрохимических методов до спектроскопии in situ” было подчеркнуто значение электрокатализа для перехода к экономике, основанной на возобновляемых источниках энергии. Прогресс в этой области требует понимания электрокаталитических процессов и используемых в них материалов на молекулярном уровне. Анализ различных подходов к получению информации о механизмах электрокаталитических реакций и природе активных интермедиатов был проиллюстрирован примерами систем электрохимического преобразования энергии.

Пленарная лекция проф. Х.-П. Штайнрюка из Университета Эрлангена-Нюрнберга (Германия) “Наука о поверхности жидкостей с низким давлением пара” была посвящена недавним исследованиям ионных жидкостей и новых нанесенных жидкометаллических катализаторов. Эксперименты проводились на рентгеновском фотоэлектронном спектрометре с лабораторным источником рентгеновского излучения в широком диапазоне давлений. Кроме того, были представлены оригинальные результаты использования современного спектрометра на основе двух анализаторов.

В третий день семинара с пленарными лекциями выступили проф. Роэл ван де Кроль из Берлинского центра материалов и энергии имени Гельмгольца (Германия) и доктор Майя Кискинова из международного научного центра «Елеттра Синхротрон Триест» (Италия).

В пленарной лекции “Исследование фотоэмиссии с времен­ным разрешением в режиме operando на металлоксидных фотоэлектродах” проф. Роэл ван де Кроль из Берлинского центра материалов и энергии имени Гельмгольца (Германия) рассказал о своих работах по прямому фотоэлектро­химическому расщеплению воды на функционализированных полупровод­никах. Такой подход позволяет использовать солнечное тепло для улучшения кинетики электрохимической реакции, обеспечивая преимущества по сравнению с фотоэлектролизом.

Доктор Майя Кискинова из международного научного центра «Елеттра Синхротрон Триест» (Италия) прочла пленарную лекцию “Микроскопические исследования свойств катали­заторов с использованием синхротронных методов”. Были рассмотрены данные сканирующей рентгеновской микроскопии, показывающие сложный состав металлических катализаторов, формирующийся в окислительных условиях, корреляцию пространственных вариаций химического состава с морфологией поверхности, влияние условий роста на химическое состояние и пространственное распределение гибридных электрокатализаторов.

В этот же день состоялась организованная экскурсия участников семинара в Институт катализа СО РАН. Экскурсию провели заместитель директора ИК СО РАН по научной работе д.х.н. О.Н. Мартьянов и ученый секретарь Института д.х.н. Д.В. Козлов. В ходе экскурсии участникам семинара были продемонстрированы экспериментальные лаборатории Института катализа, приборы и оборудование, на которых ведутся исследования, что позволило не только представить текущее состояние дел в Институте катализа, но и показать весь его научно-исследовательский потенциал.

Экскурсия завершилась выступлением директора Института катализа академика РАН В.И. Бухтиярова с лекцией «Синхротронные исследования в катализе» и видео-лекцией «Материаловедение гетерогенных катализаторов», представ­ленной проф. Р. Шлеглем из Института имени Фрица Габера Общества Макса Планка (Германия).

При подведении итогов участники семинара отметили высокий уровень представленных пленарных лекций и устных докладов и плодотворность проведенных дискуссий. Следующий по счету, VI Российско-немецкий семинар «Связь между модельным и реальным катализом» решено провести в 2022 году в Германии.

Материал подготовили
М.В. Бухтиярова, В.В. Каичев, С.С. Логунова
фото – А.М. Ершова 
(Институт катализа СО РАН, Новосибирск) 

Крупный Китайско-Российский симпозиум по катализу (Sino-Russian High-Level International Symposium on Catalysis) прошел в Харбине (Китай). Организаторами мероприятия, в котором приняли участие более 200 специалистов, выступили Хэйлунцзянский университет и Даляньский институт химической физики Китайской академии наук при участии Сибирского отделения Российской академии наук.

Симпозиум проводился в период c 15 по 17 июня 2019 года и стал пятым по счету в серии совместных симпозиумов. Предыдущая встреча проходила в 2012 году в Институте катализа СО РАН (Новосибирск).

Главная задача мероприятия – создание условий для обмена опытом и объединения усилий ведущих ученых Китая и России в области физической химии, катализа и химической инженерии для проведения исследований на передовых рубежах современной науки.

«Я первый раз побывал в Китае и был впечатлен увиденным и услышанным. Харбин – красивый, чистый, современный город, который быстро развивается. Хэйлунцзянский университет активно развивает компетенции в области катализа, недавно был введен в эксплуатацию новый химический корпус с хорошо оснащенными научными лабораториями по направлениям фотокатализа, нефтехимии и материаловедения. Самое поло­жительное впечатление осталось от общения с китайскими коллегами и сделанных докладов», – поделился впечатлениями один из представителей российской делегации, научный сотрудник ИК СО РАН, к.х.н. Дмитрий Потемкин.

«На симпозиуме обсуждался широкий спектр тем: от теоретических работ и DFT расчетов до ввода новых установок процессов MTO (метанол в олефины) и MTG (метанол в бензин) на китайских нефтеперерабатывающих заводах. Стоит отметить, что в симпозиуме принимали участие не только признанные китайские специалисты по катализу, но и молодые профессора из Хэйлунцзянского университета, Даляньского Института химичес­кой физики и Института углехимии Китайской академии наук, что несомненно будет способствовать продолжению Китайско-Российского сотрудничества в области катализа и физической химии», – рассказал Дмитрий.

На фото участники российской делегации (слева направо): Ирина Иванова (МГУ),
Дмитрий Потемкин (ИК СО РАН), Майя Куликова (ИНХС РАН), Екатерина Козлова (ИК СО РАН),
Валентин Пармон (ИК СО РАН), Антон Максимов (ИНХС РАН), Валерий Снытников (ИК СО РАН),
Денис Козлов (ИК СО РАН), Евгений Вовк (Шанхайский технический университет, ранее работал в ИК СО РАН).

сайт Института катализа
http://catalysis.ru

24 октября в Омске на территории Омского нефтеперерабатывающего завода (ОНПЗ) состоялось торжественное открытие строительства высокотехнологичного катализаторного производства ПАО «Газпром нефть». Мощность предприятия позволит целиком обеспечить нужды российской нефтепере­рабатывающей промышленности широким ассортиментом самых современных катализаторов.

В церемонии старта строительства приняли участие полномочный представитель Президента России в Сибирском федеральном округе Сергей Иванович Меняйло, председатель правления ПАО «Газпром нефть» Александр Валерьевич Дюков, губернатор Омской области Александр Леонидович Бурков и председатель СО РАН академик Валентин Николаевич Пармон.

«Произошло знаковое событие не только для сферы переработки нефти в российской промышленности, но и для Академии наук, и особенно ее Сибирского отделения, – комментирует председатель СО РАН, научный руководитель Института катализа СО РАН, академик Валентин Николаевич Пармон. – Этот завод – крупнейший в постсоветское время – предполагает после ввода в эксплуатацию в 2021-2022 году выпуск до 24 тысяч тонн катализаторов в год, что обеспечит полную импортонезависимость России в этой области».

Кроме мелкосферических катализаторов крекинга, по которым имеется уже многолетний опыт очень продуктивного сотрудничества сибирских ученых с ОНПЗ, в номенклатуру нового предприятия входят катализаторы, ранее в промышленном масштабе в нашей стране не производившиеся, которые требуются для получения топлив стандарта Евро-5, плюс катализаторы для переработки тяжелых фракций нефти, также до этого момента закупавшиеся за рубежом. По ряду технических характеристик отечественные ускорители химических реакций будут превосходить импортные аналоги.

«Вводится самый крупный, начиная с 1990-х годов, промышленный объект, опирающийся на разработки Российской академии наук, – подчеркнул академик В.Н. Пармон. – Что особенно важно, эти полностью отечественные технологии были созданы у нас, в Сибирском отделении, в Институте катализа и его Омском филиале (с 2003 года – Институт проблем переработки углеводородов СО РАН, с 2019 – филиал Федерального исследовательского центра «Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН»). Определяющую роль сибирских ученых отметили на запуске строительства завода и Александр Дюков, и Сергей Меняйло».

Председатель СО РАН также отметил, что российская нефтеперерабатывающая отрасль сейчас переживает бурное развитие, Омский нефтеперерабатывающий завод – самый большой не только в России, но и в Европе – интенсивно модернизируется, и введение новых мощностей по производству высокотехнологических катализаторов выводит это предприятие в разряд особых объектов. «Важно то, что крупнейшая российская компания, занимающаяся переработкой углеводородов, доверяет разработкам отечественных специалистов, – подчеркнул академик Пармон. – При этом нашим академическим институтам пришлось взять на себя не только разработку, но и не свойственную им функцию внедренческих, отраслевых институтов, практически исчезнувших в нашей стране: очень многие вопросы нужно было решать вместо специализированных организаций. С этой сложной задачей наши сотрудники справились, и в первую очередь заслуга в том директора ИК СО РАН академика Валерия Ивановича Бухтиярова, заместителя директора ИК СО РАН доктора технических наук Александра Степановича Носкова, члена-корреспондента РАН Владимира Александровича Лихолобова, до недавнего времени возглавлявшего ИППУ СО РАН, и нынешнего директора этой важнейшей части ФИЦ «Институт катализа СО РАН» (Центр новых химических технологий ИК СО РАН) доктора химических наук Александра Валентиновича Лавренова, а также целой плеяды новосибирских и омских специалистов».

сайт Института катализа
http://catalysis.ru/

Robust carbon-coupling catalysts sans precious metals

Advance may reduce cost of making synthetic fuels via Fischer-Tropsch chemistry may reduce cost of making synthetic fuels via Fischer-Tropsch chemistry

A new catalyst preparation yields fine cobalt particles on an alumina support (top left) and distributes Co2+ species throughout the particles (top right). A standard method yields less-active, larger particles with a surface coating of Co2+(bottom).

A new, precious-metal-free catalyst could lower the cost of making synthetic fuels—and it even outperforms commercial catalysts when it comes to knitting together new carbon-carbon bonds using a common synthetic process.

Fischer-Tropsch synthesis is a century-old process for converting mixtures of CO and hydrogen, generally derived from natural gas and coal, to transportation fuels and other hydrocarbons. The process can be used to make fuels where crude oil is unavailable and can make fuels that are purer and higher performing. The F–T process, which generates tens of millions of liters of fuel per day, relies on oxide-supported cobalt, iron, and ruthenium catalysts. Cobalt is the most common choice, especially when the feedstock is natural gas.

Manufacturers often run the F–T process in slurry reactors, in which the solid catalyst and gas-phase reactants are stirred in a liquid. These reactors can provide energy and heat-management advantages relative to other types of reactors. But the mechanical agitation, coupled with heat and humidity, take a toll. The conditions can break down the catalyst’s support, typically a form of aluminum oxide called γ -alumina. This degradation ruins the catalyst’s performance.

Gamma alumina is not the material’s most stable phase. Other forms, such as α -alumina, can better tolerate the harsh reactor conditions, but it doesn’t usually work well as a support because the relatively non-porous substance does not take up much cobalt and does not disperse the particles finely. The result is an inactive catalyst. Precious metal additives, which are used in some commercial F–T catalysts, can improve performance, but they also add cost and complexity.

Now, Peter R. Ellis and colleagues at Johnson Matthey have come up with a way to capitalize on α -alumina’s stability to make precious-metal-free cobalt F–T catalysts that remain active in slurry-phase tests for more than 1000 h (Nat. Catal.  2019, DOI: 10.1038/s41929-019-0288-5.

To make the catalysts, the team treated cobalt metal with an aqueous solution of ammonium carbonate, ammonium hydroxide, and bubbling air, and then reacted the product with α -alumina. Microscopy studies show that the method coats the support with fine (~5-nm-dimater) cobalt oxide particles—a precursor to the catalytically active metallic phase. In contrast, a standard preparation method based on impregnation of α -alumina with cobalt nitrate generated much larger particles—up to 75 nm in diameter. Large particles lead to less surface area and lower activity. Other analyses show that the small and large particles differ in terms of the oxidation state of cobalt at their surfaces, which may also affect activity.

To assess catalytic performance, the researchers conducted various types of reactor tests. One test, which compared 2 α -alumina-supported catalysts, showed that the new catalyst is more than six times as active as the cobalt-nitrate-based material and generates a larger fraction of the desired C ₅  and longer hydrocarbons.

Another test showed that the activity of the new catalyst—made without precious metals—on α -alumina, is roughly equivalent to that of a reference commercial catalyst composed of ruthenium and cobalt on γ -alumina. In this test, too, the new catalyst exhibited higher selectivity for C ₅₊  products.

Eric van Steen, a specialist in F–T chemistry at the University of Cape Town, notes that the researchers “show convincingly” that their catalysts exhibit high surface area on α -alumina and that the support is hydrothermally more stable than γ -alumina. Another F–T expert, Utrecht University’s Krijn P. de Jong, is impressed with the reported activity and product selectivity. However, both scientists note that additional studies are needed to further boost the catalyst’s stability.

Graphene aerogel keeps single-atom catalysts stable

Unconventional support material firmly anchors active species, prevents agglomeration

To get the most out of precious metals used as industrial catalysts, researchers try to disperse the metals as finely as possible on a support material. The smaller the particle, the larger the fraction of atoms that reside at the surface, where they are exposed and available to convert reactants to products. But tiny particles tend to be unstable. Under reaction conditions, they fuse with nearby particles, covering would-be active sites and thwarting efforts to maximize efficiency and cut costs. The same holds for single-atom catalysts. One way to keep the atoms or particles isolated is to put very few of them on the support, but that leads to relatively inactive catalysts. Uğur Ünal and Alper Uzun of Koç University and their coworkers in the US may have come up with a way around that limitation. The researchers report that an easy-to-make, inexpensive graphene aerogel support firmly anchors high concentrations of catalytic iridium species containing a single metal atom. Other groups previously found that single-atom catalysts coalesced if their concentration on standard metal-oxide supports exceeded just a few percent. In contrast, the Koç team boosted the iridium loading to about 15% by weight and showed via spectroscopy and microscopy that every metal atom was isolated and catalytically active (ACS Catal. 2019,DOI: 10.1021/acscatal.9b02231).

MOF-derived nanoparticles exhibit enzymelike catalytic activity

Particles display strong antibacterial properties and promote wound healing

This MOF-derived nanoparticle (left, 130 nm in diameter) is endowed with catalytically active Zn-N

Advancing the trend to use metal-organic frameworks (MOFs) in medical applications, researchers in China report that an inexpensive MOF-derived nanomaterial exhibits antibacterial properties and promotes wound healing in mice (Angew. Chem., Int. Ed.  2019, DOI: 10.1002/anie.201813994). Huiyu Liu of Beijing University of Chemical Technology and colleagues previously developed a procedure for making nanospheres from ZIF-8, a zinc-based MOF with a porphyrin-like structure, and reported that they exhibit antitumor properties when triggered by ultrasound. Now, her team has explored the material’s potential in biocatalysis. The motivation stems from metal-N-C bonding motifs that the nanomaterial shares with metalloenzymes. First, the researchers tested the nanospheres’ ability to mediate oxidation of organic compounds in the presence of hydrogen peroxide. They found that the performance was similar to that of natural horseradish peroxidase and was due to catalytically active Zn-N₄ moieties. Then, through a series of in vitro and in vivo tests, the team determined that the nanoparticles inhibited growth of  Pseudomonas aeruginosa , a major cause of infection, by nearly 99.9%. Control tests showed that the particles also nearly doubled the rate of wound healing in mice.

Chemical & Engineering News

16 июля 2019 года ушел из жизни выдающийся российский ученый, заведующий лабораторией полимери­зации специфичных мономерных систем Института высокомолекуляр­ных соединений РАН, директор Санкт-Петербургского филиала Института катализа СО РАН, член-корреспон­дент Российской академии наук, профессор Сергей Степанович Иванчёв.

С.С. Иванчёв внёс большой вклад в развитие фундаментальной науки и укрепление промышленного потенциала России. Он являлся крупным специалистом в области полимерной химии, успешно сочетавшим проведение фундаментальных научных исследований с решением важнейших прикладных задач. Сергей Степанович играл ведущую роль в исследовании и совершенствовании технологии эмульсионной полимеризации, разработке путей синтеза и применения новых классов полифункциональных компонентов полимеризационных систем (инициаторов-наполнителей, инициаторов-мономеров, поли­функцио­наль­ных катализаторов), нашедших применение при получении реакционноспособных олигомеров, полимеров и полимерных композиций. Им впервые изучен и доказан полимеризационно-полирекомбинационный характер радикаль­ной полимеризации при использовании полифункциональных инициаторов, впервые предложен и обоснован механизм «полимеризационного наполнения», позволяющего получать модифицированные наполненные полимерные системы с привитыми к наполнителю темплатными полимерными слоями. Под его руководством были разработаны: технология получения новых синтетических латексов для покрытий с улучшенным комплексов свойств; латексов с полыми частицами, пригодными для получения беспигментных белых покрытий; технология получения наполненных вибродемпфирующих полимерных систем для судостроения, электронной и автомобильной промышленности; новая эмульсионная технология получения перфторированных мембранных материалов; новые каталитические системы на основе постметаллоценов для получения сверхвысокомолекулярного полиэтилена и мембран для топливных элементов; новые подходы к получению «умных» полимеров для применения в офтальмологии.

С.С. Иванчёв является автором четырех монографий. Им опубликовано более 500 статей и обзоров в научных журналах, получено более 300 патентов на изобретения. Под руководством Сергея Степановича подготовлено девять докторов наук и 43 кандидата наук. Его многочисленные научные разработки отмечены рядом государственных премий и наград.

С.С. Иванчёв вел большую научно-организационную работу. В течение трех десятилетий он был членом Высшей аттестационной комиссии Российской Федерации по присуждению ученых степеней и званий, являлся членом Бюро Научного Совета по высокомолекулярным соединениям при Президиуме РАН, членом Президиума Правления Всероссийского химического общества им. Д.И. Менделеева, членом Научного совета по катализу. Несколько лет работал главным редактором журнала «Прикладная химия», долгие годы входил в редколлегии журналов «Успехи химии» и «Высокомолекулярные соединения». Преданность делу всей жизни, невероятная работоспособность, участие в решении сложнейших научно-технических задач снискали Сергею Степановичу Иванчёву глубокое уважение и незыблемый авторитет среди научной общественности как в России, так и за рубежом.

31 августа 2019 года скончался выдающийся ученый в области теоретической химии профессор Георгий Михайлович Жидомиров, д.ф.-м.н., почетный профессор Института катализа СО РАН, сотрудник Института физики РАН и Московского госунивер­ситета, заслуженный деятель науки Российской Федерации.

Георгий Михайлович родился в 1933 году в городе Иваново в семье инженера железно­дорожного транспорта. В 1958 году окончил Московский Инженерно-Физический институт. В 1960 году поступил в аспирантуру к академику Воеводскому в Институт химической кинетики и горения (новосибирский Академгородок).

Первые работы Г.М. Жидомирова были посвящены теории спин-решеточной релаксации свободных радикалов в молекулярных кристаллах. Вместе со своим учеником П.В. Счастневым он осуществил первые в советской науке квантово-химические расчеты магнитно-резонансных параметров свободных радикалов; к задачам в этой области возвращался всю свою жизнь.

В 1967 году по предложению профессора В.Б. Казанского Георгий Михайлович переехал в Москву для работы в Институте органической химии АН СССР, где начал заниматься гетерогенным катализом, одновременно продолжая работу по расчету магнито-резонансных параметров. Результаты этих работ представлены в пяти монографиях.  

В 80-е годы по инициативе академика К.И. Замараева Георгий Михайлович возвращается в Новосибирск, в Институт катализа для организации лаборатории квантовой химии. В этот период Г.М. Жидомиров был увлечен идеей создания отечественных квантово-химических методов и инициировал сразу несколько проектов по разработке полуэмпирических методов на основе теории Хартри-Фока и теории функционала плотности.

Полученные результаты были с большим интересом приняты квантово-химическим сообществом и цитируются до сих пор. Главным приоритетом Георгия Михайловича в катализе было квантово-химическое моделирование хемосорбционных и каталитических свойств катионов металлов в цеолитах. В этой области он приобрел наибольшую международную известность.

Г.М. Жидомиров является автором и соавтором 510 статей в научных журналах, 32 обзоров и пяти монографий. Среди его учеников пять докторов наук и 29 кандидатов наук. Член редколлегий «Журнала структурной химии» и журнала «Кинетика и катализ».

Георгия Михайловича отличала необыкновенная стойкость в сложных жизненных ситуациях. Он никогда не падал духом и оказывал поддержку коллегам. Несмотря на серьезные проблемы со здоровьем в последние годы, он не переставал работать до последних дней.

Многочисленные ученики и коллеги Георгия Михайловича вспоминают его с большой теплотой и благодарностью.