На главную

 
Научные подразделения Центра
Научная библиотека
Научные советы
Издательская деятельность
История ИК СО РАН
Версия для печати | Главная > Центр > Научные советы > Научный совет по катализу > ... > 2026 год > № 116

№ 116

 

Содержание

  • Основные результаты, полученные под руководством членов Научного совета по катализу ОХНМ РАН в 2025 году. Организационная деятельность НСК
  • Фундаментальные исследования в области создания новых каталитических систем и применения физических методов для их диагностики
  • Разработка и усовершенствование промышленных катализаторов и технологий



Основные результаты, полученные под руководством членов Научного совета по катализу ОХНМ РАН в 2025 году.
Организационная деятельность НСК

Переход к элементу

Свернуть/Развернуть


Фундаментальные исследования в области создания новых каталитических систем и применения физических методов для их диагностики

Переход к элементу

Свернуть/Развернуть


Фундаментальные исследования. Продолжение

Переход к разделу

Применение методов ЭПР спектроскопии для исследования фотокаталитических систем

Фотокаталитические материалы, способные генерировать водород из воды под воздействием солнечного света, активно исследуются в настоящее время. Однако во многих случаях детальные механизмы фотофизических и фотохимических процессов, лежащих в основе выделения водорода, остаются неизученными. Нами исследованы новые гетеропереходные фотокатализаторы на основе оксидов вольфрама и хромофора ZnTCPP (мезо-тетра(4-карбоксифенил)порфирина). Показано, что эффективность фотогенерации водорода в композитах ZnTCPP/WO3 выше суммы индивидуальных эффективностей компонентов, что указывает на успешную синергию в гетеропереходе. Методами стационарного и время-разрешенного (ВР) ЭПР изучены промежуточные возбужденные состояния, перенос электрона и побочные реакции в серии фотокатализаторов ZnTCPP/WO3. Данные, полученные методом ЭПР, анализируемые вместе с показателями эффективности выделения водорода, позволяют определить дальнейшие пути улучшения фотокаталитической активности этих материалов.


Рис. Иллюстрация формирования гетеропереходного фотокатализатора (слева), репрезентативные спректры ВР ЭПР (справа).

 

Также разработан гетероструктурный фотокатализатор S-схемы ZnCdS/COF (Tb-BPY) для повышения эффективности фотогенерации H2O2 под действием видимого света. Богатый азотом ковалентный органический каркас (COF) и ZnCdS синергически способствуют разделению зарядов, повышая фотокаталитическую эффективность. Данное исследование продвигает стратегии S-схем на основе COF для устойчивого фотокатализа.

Результаты работы опубликованы: I.V. Kurganskii, D. Syrtsov, A.S. Poryvaev, R.Z. Sagdeev, M. Du, L. Zhang, M.V. Fedin// Composite materials ZnTCPP/WO3: photoinduced hydrogen evolution, continuous wave and time-resolved EPR studies// Int. J. Hydrogen Energy 185 (2025) 151965. doi: 10.1016/j.ijhydene.2025.151965. J. Zhang, J. Zhang, C. Sun, H. Yu, J. Yu, M.V. Fedin, L. Zhang// An efficient S-scheme Tb-BPY COF/ZnCdS heterojunction for visible-light H2O2 production// Chem. Commun. 61 (2025) 16608-16611. doi: 10.1039/D5CC04204F.

чл.-корр. РАН М.В. Федин
Международный томографический центр СО РАН, г. Новосибирск
Prof. Liuyang Zhang
CUG, China

 

ЯМР высокого разрешения для спектроскопии и томографии каталитических реакторов

Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и магнитно-резонансная томография (МРТ) являются мощными неинвазивными инструментами для in situ и operando исследований каталитических процессов. Однако их применение к гетерогенным каталитическим системам часто критически ограничено неоднородностями магнитного поля, вызванными использованием традиционных твердых носителей катализаторов. В данной работе для эффективного решения этой проблемы предложено использовать полые сферы в качестве пористых носителей катализаторов. Полые сферы из оксида алюминия с высокой удельной поверхностью (∼300 м2/г) и тонкими стенками (∼50 мкм) были получены методом темплатного синтеза. В отличие от обычных объемных гранул гетерогенных катализаторов, полые сферы из η-Al2O3 не вызывают значительных искажений однородности приложенного магнитного поля. Это позволило впервые получить спектры ЯМР 1Н с высоким спектральным разрешением и высококачественные МРТ-изображения газов и растворов в зернистом слое. Продемонстрированный подход открывает новые горизонты в применении магнитного резонанса для понимания принципов работы каталитических реакторов и визуализации протекающих в них процессов.

 

Результаты работы опубликованы: E.S. Kononenko, I.V. Skovpin, D.B. Burueva, V.N. Rogozhnikov, K.I. Shefer, A.N. Salanov, I.V. Koptyug. Hollow alumina spheres: fabrication, characterization, and their potential for operando magnetic resonance, Anal. Chem., 97, 21258-21263 (2025); https://doi.org/10.1021/acs.analchem.5c01321. IF = 6.7

чл.-корр. РАН И.В. Коптюг, Е.С. Кононенко, И.В. Сковпин, Д.Б. Буруева
Международный томографический центр СО РАН, г. Новосибирск;
В.Н. Рогожников, К.И. Шефер, А.Н. Саланов
Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, г. Новосибирск

 

Ванадилпорфирины – лабильные ловушки «восстановленной» серы в тяжёлых нефтях

Как известно, обессеривание — обязательный этап очистки высокосернистых нефтей и получаемых из них ценных продуктов. В тяжелых нефтях практически всегда присутствуют ванадилпорфириновые комплексы. Однако неокислительные и невосстановительные реакции между ванадилпорфиринами и сераорганическими соединениями нефтей до настоящего времени не были известны.

Методом ЭПР in situ при повышенных температурах обнаружена новая неокислительно-восстановительная реакция ванадилпорфиринов с природными серасодержащими соединениями нефтей. Высокотемпературная обработка тяжёлых нефтей без каких-либо добавок, в условиях близких к условиям традиционных процессов нефтепереработки, приводит к обратимому превращению нефтяных ванадилпорфиринов в комплексы тиованадилпорфиринов (> 25%). Содержание тиованадилпорфиринов и степень обратимости реакции VO2+ ⇄ VS2+контролируются соединениями «восстановленной» серы (S2−). Наоборот, присутствие O2 и H2O препятствует образованию тиованадилпорфиринов.

Раскрытый механизм показывает, что ванадилпорфирины способны обратимо улавливать химически активные соединения серы в условиях, близких к условиям традиционных процессов нефтепереработки. Таким образом, обнаруженная химическая реакция потенциально может препятствовать глубокой десульфуризации тяжелой нефти при наличии в ней ванадилпорфиринов в условиях, когда в ходе процесса в системе присутствуют или могут образовываться восстановленные соединения серы.

 

Результаты работы опубликованы: S.N. Trukhan, A.M. Chibiryaev, and O.N. Martyanov, Vanadyl Porphyrins as a Sulfur Trap in Heavy Oils. // ACS Energy & Fuel 2025, 39, 4719-4727 https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.4c06358

чл.-корр. РАН О.Н. Мартьянов, к.ф.-м.н. С.Н. Трухан, к.х.н. А.М. Чибиряев
Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, г. Новосибирск

 

Кинетика неокисленного превращения СН4 в С2–С3-углеводороды на PT/MgAlOх катализаторах

Исследована кинетика образования продуктов реакции конденсации метана в отсутствие кислорода при 600°C на Pt/MgAlOx катализаторах. При оптимально подобранных условиях регенерации (содержание кислорода в смеси, длительность) возможно увеличить продолжительность работы катализаторов в циклическом режиме с высокой средней скоростью образования С2–С3-углеводородов (~2,0·10–6 моль С/(мин·г кат)) при минимальном выделении СОх на стадии регенерации. Соотношение количества продуктов, образовавшихся во время цикла продолжительностью до 1 ч, и СОх может достигать величины 5–7,5, что соответствует селективности образования С2–С3-углеводородов выше 80%.


Влияние промежуточной обработки на кинетику образования С2–С3-углеводородов при последующей циклической подаче смеси 50%CH4/N2 на катализатор.

 

Результаты работы опубликованы: Пинаева Л.Г., Бельская О.Б, Просвирин И.П., Лихолобов В.А., Носков А.С. Превращение СН4 в С2–С3-углеводороды на Pt/MgAlOх-катализаторах в циклическом режиме // Катализ в промышленности, 2025, т. 25, № 2, с. 68-78. DOI: 10.18412/1816-0387-2025-2-68-78. Pinaeva L.G., Sadovskaya E.M., Petrov R.V., Noskov A.S. Kinetic study of non-oxidative methane coupling on Pt/Mg-Al-O catalysts. J. Envi-ron. Chem. Eng. 13 (2025) 120291. https://doi.org/10.1016/j.jece.2025.120291.

чл.-корр. РАН А.С. Носков, к.х.н. Л.Г. Пинаева, к.т.н. Е.М. Садовская,
к.х.н. И.П. Просвирин, к.т.н. Р.В. Петров
Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, г. Новосибирск

 

Количественное определение глифосата и N-(фосфонометил)-иминодиуксусной кислоты методом газовой хроматографии

N-(Фосфонометил)-глицин [глифосат] является действующим началом препаратов для борьбы с сорняками, являясь одним из самых распространенных пестицидов (гербицид, арборицид) в мире, в том числе и в России. Одной из наиболее экологически благоприятных технологий его получения является процесс, завершающей стадией которого является жидкофазное окисление ФИДУК пероксидом водорода в присутствии гомогенных катализаторов на основе пероксополиоксовольфромат-фосфорных анионов.

 

Известны способы полуколичественного определения глифосата в смеси с продуктами его разложения, основанные на методах ТСХ или ИК-спектроскопии. Применение методов ВЭЖХ или ЯМР связано с использованием дорогостоящего и сложного оборудования, расходных материалов и реактивов, что осложняет количественный анализ глифосата и ФИДУК при их совместном присутствии, особенно в условиях промышленного производства. В связи с этим разработан способ количественного анализа силильных производных глифосата и ФИДУК в присутствии внутреннего стандарта – силильного производного пимелиновой кислоты (ПК), с использованием метода газовой хроматографии. Процедура получения летучих аналитов заключается в предколоночной подготовке смеси глифосата, ФИДУК, ПК и ее последующей дериватизации в растворе пиридина и N,O-бис-(триметилсилил)трифторацетамида. Преимуществами предлагаемого подхода являются использование простого и доступного оборудования, сокращение времени непосредственного анализа в сравнении с описанными методами ВЭЖХ.


Силильные производные глифосата и ФИДУК


Рис. Пять последовательных хроматограмм смеси силильных производных, полученных в одинаковых условиях с использованием капиллярной колонки с неполярной неподвижной фазой HP-5MS.
1 – пиридин + N,O-бис-(триметилсилил)трифторацетамид,
2 – ПК, 3 - глифосат-2ТМС, 4 - глифосат-3ТМС, 5 - ФИДУК-2ТМС.

 

Результаты работы опубликованы: Патенты: RU № 2753453, 16.08.2021 г.; RU № 2775230, 28.06.2022 г.; RU № 2808421, 28.12.2023 г. Яковлева Е.Ю., Пай З.П., Бердникова П.В., Хлебникова Т.Б.// Журнал прикладной химии, 2025. т. 98, № 6, с. 375-382. https://doi.org/10.31857/S0044461825060034

д.т.н. З.П. Пай, к.х.н. Т.Б. Хлебникова, к.х.н. Е.Ю. Яковлева,
к.х.н. Д.Ю. Ющенко, П.В. Бердникова, С.С. Баранова
Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, г. Новосибирск

 

Электрохимическое выделение чистого водорода из продуктов паровой конверсии метанола, диметоксиметана и диметилового эфира

Традиционные способы получения водорода – каталитические превращения углеводородов – обычно сопровождаются образованием таких продуктов как CO, CO2 и CH4. Следовательно, эффективная технология очистки водорода является актуальной задачей как для промышленного, так и для энергетического секторов. На сегодняшний день известны следующие технологии разделения водорода: криогенная, адсорбционная, мембранная и электрохимическая. Среди указанных способов метод электрохимической очистки водорода в устройстве, названном «водородный насос» (ВН), представляет интерес с точки зрения энергоэффективности и простоты в эксплуатации.

Исследовано электрохимическое выделение чистого водорода из продуктов (реформата) паровой конверсии (ПК) метанола, диметоксиметана (ДММ) и диметилового эфира (ДМЭ) в устройстве (Рисунок 1), состоящем из последовательно соединенных каталитического реактора и ВН с протонпроводящей мембраной на основе полибензимидазола (ПБИ). Показано, что бифункциональные катализаторы CuO-ZnO/γ-Al2O3 и CuO-CeO2/γ-Al2O3, разработанные в Институте катализа им. Г.К. Борескова, весьма эффективны в реакциях паровой конверсии вышеупомянутых оксигенатов. В частности, эти катализаторы при атмосферном давлении и ~300 оС обеспечивают полное превращение сырья и получение обогащенной водородом (~70 об.%) смеси с незначительным содержанием СО (~0,5 об.%), которую без какой-либо предварительной очистки можно подавать в ВН для выделения чистого водорода.

Таблица 1. Характеристики работы ВН при электрохимическом выделении Н2 из реформатов ПК метанола, ДММ и ДМЭ

Реформат Состав продуктов
на выходе из ВН, об.%
Fвых(H2), ml/min φ (%) P, Вт ƞ, %
Н2

CO СО2
ПК
метанола, ДММ, ДМЭ
99.96 < 0.001 0.04 108 90 2.6-3.3 75-78

Из таблицы 1 видно, что чистота извлеченного водорода из реформатов весьма высокая и равна 99.96 %. Примесями в водороде были СО2 и СО. Степень извлечения водорода (φ) из реформатов составляла одинаковую величину ~90%. Это представляется закономерным, поскольку концентрация Н2 в реформатах и скорости его подачи в ВН были близкими, а ток, протекающий через ячейку, однозначно определяет количество извлекаемого водорода (Fвых(H2) ~ 108 мл/мин). Электрическая мощность, потребляемая ВН (Р) при извлечении водорода из реформатов, составляла 2.6-3.3 Вт. В итоге обеспечивалось значение энергетической эффективности ВН(ƞ) 75 ÷ 78 %. Принципиально заметить, что ВН с ПБИ мембраной в составе установки может работать и как топливный элемент, питаемый непосредственно реформатом. Это расширяет возможности установки, например, если нет потребности в получении чистого водорода, то установку можно использовать для генерации электрической энергии. Результаты исследования имеют важное значение для разработки компактного устройства получения чистого водорода и энергии из синтетических химических энергоносителей, таких как метанол, ДММ и ДМЭ.

Рисунок 1. Схема установки получения водорода.

 

Результаты работы опубликованы: Badmaev S.D., Belyaev V.D., Snytnikov P.V., Sobyanin V.А. Electrochemical Separation of Pure Hydrogen from the Products of Steam Reforming of Methanol, Dimethoxymethane and Dimethyl Ether // International Journal of Hydrogen Energy, 2025, v. 150, 150180:1-4.

д.х.н. В.А. Собянин, к.х.н. С.Д. Бадмаев,
к.х.н. В.Д. Беляев, д.х.н. П.В. Снытников
Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, г. Новосибирск

 

Исследование модифицирующего действия кобальта в Pd-Co/α-Al2O3 катализаторах получения этилена гидрированием ацетилена

Исследовано модифицирующее действие кобальта на палладий в новых биметаллических Pd-Co катализаторах, нанесённых на α-модификацию оксида алюминия, и изучены каталитические свойства Pd-Co/α-Al2O3 образцов в процессе селективного гидрирования ацетилена с получением этилена – важного сырья химической промышленности. Показано, что температура восстановительной обработки катализаторов в водороде и соотношение Pd/Co могут выступать эффективными инструментами для регулирования состава наночастиц твердого раствора Pd(1–x)Cox, образующегося в катализаторах. Повышение температуры восстановления и уменьшение мольного соотношения Pd/Co приводят к постепенному увеличению содержания кобальта в наночастицах Pd(1–x)Cox, что обеспечивает рост селективности по этилену и выхода целевого продукта при незначительном снижении активности. Методами РФА, РФЭС, ПЭМ ВР, ТПД-C2H4 и ТПВ-H2 установлено, что увеличение концентрации кобальта в наночастицах Pd(1-x)Cox подавляет способность активировать водород, усиливает электронное взаимодействие между Pd и Co и обеспечивает быструю десорбцию этилена с поверхности катализатора. Наибольшую селективность проявили образцы с нанесёнными наночастицами Pd(1–x)Cox, в которых x > 0.4. Катализаторы Pd-Co/α-Al2O3 с соотношением Pd:Co = 1:3 и 1:4, восстановленные в H2 при 700°C, обеспечивают высокий и стабильный выход этилена на уровне 68% благодаря присутствию биметаллических наночастиц, обогащенных кобальтом, за счет значительного влияния кобальта на электронные и геометрические свойства палладия. Исследованные Pd-Co/α-Al2O3 катализаторы содержат доступные компоненты и характеризуются простым способом синтеза, что делает их перспективными для промышленного применения.

 

 

Результаты работы опубликованы: Yurpalova D.V., Vinokurov Z.S., Prosvirin I.P., Panafidin M.A., Bukhtiyarov A.V., Trenikhin M.V., Gerasimov E.Y., Gulyaeva T.I., Temerev V.L., Kovtunova L.M., Yurpalov V.L. Study on the modifying effect of cobalt in Pd-Co/α-Al2O3 catalysts for ethylene production by acetylene hydro-genation // Chemical Engineering Journal. 2025. Vol. 516. 164020:1-15. DOI: 10.1016/j.cej.2025.164020.

д.х.н. А.В. Лавренов, к.х.н. Д.В. Юрпалова, З.С. Винокуров,
к.х.н. И.П. Просвирин, к.х.н. М.А. Панафидин, д.х.н. А.В. Бухтияров, к.х.н. М.В. Тренихин,
к.ф.-м.н. Е.Ю. Герасимов, Т.И. Гуляева,
к.х.н. В.Л. Темерев, к.х.н. Л.М. Ковтунова, к.х.н. В.Л. Юрпалов
Центр новых химических технологий Института катализа
им. Г.К. Борескова СО РАН (Омский филиал), г. Омск;
Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, г. Новосибирск

 

Стабильность работы Mg-содержащего цеолитного катализатора в процессе превращения пропана в низшие олефины

Исследована активность и стабильность работы катализатора, полученного на основе цеолита ZSM-5 с силикатным модулем 100, модифицированного магнием, в процессе превращения пропана в низшие олефины (этилен, пропилен). Показано, что магнийсодержащий цеолитный катализатор сохраняет высокую дегидрирующую способность на протяжении достаточно длительного времени работы и способен выдержать несколько циклов окислительной регенерации без значительного снижения своей каталитической активности (рисунок). Установлено, что после проведения окислительной регенерации катализатора происходит полное удаление кокса с его поверхности и восстановление кислотных свойств цеолита. Полученные катализаторы могут использоваться для производства этилена и пропилена из попутных нефтяных газов и широкой фракции легких углеводородов.

 


Рисунок. Зависимость конверсии (X) пропана, выхода (Y) и селективности (S) образования олефиновых углеводородов от времени работы Mg-содержащего цеолитного катализатора в трёх межрегенерационных циклах (I, II, III) при температурах 600 и 650°C.

 

Результаты работы опубликованы: Исследование дезактивации Mg-содержащего цеолитного катализатора в процессе превращения пропана в олефиновые углеводороды / А.А. Восмериков, Я.Е. Барбашин, Л.Н. Восмерикова, Е.Ю. Герасимов, А.В. Восмериков // Кинетика и катализ, 2025, т. 66, № 3, с. 166−176, DOI 10.31857/S0453881125030023, уровень белого списка 1. Conversion of light alkanes С2–С4 into olefin hydrocar-bons over zeolite-containing catalysts / L.N. Vosmerikova, А.А. Vosmerikov, Ya.Е. Barbashin, А.V. Vosmerikov // Chemistry for Sustainable Development, 2025, vol. 33, No. 2, p. 173-179, DOI 10.15372/CSD2025642, Уровень белого списка 2.

д.х.н., проф. А.В. Восмериков, д.х.н. Л.Н. Восмерикова,
к.х.н. А.А. Восмериков, н.с. Я.Е. Барбашин
Институт химии нефти СО РАН, г. Томск

 

Получение 2,6,8,12-тетраацетил-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитана

Впервые был получен 2,6,8,12-тетраацетил-2,4,6,8,10,12-гексаазаизовюрцитан при использовании 5%-го рутения, нанесенного на углеродный носитель марки «Сибунит». Катализатор изготавливался методом пропитки носителя по влагоемкости с последующим восстановлением боргидридом натрия в воде. Реакция гидрирования проводилась в среде уксусная кислота – вода, этанол, вода. Путем подбора условий проведения процесса (температура, давление, время выдержки реакционной массы, соотношения субстрат-катализатор), получен продукт с выходом 45%:

 

 

чл.-корр. РАН С.В. Сысолятин, к.х.н. Д.А. Кулагина, м.н.с. Д.И. Колено
Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН, г. Бийск


Разработка и усовершенствование промышленных катализаторов и технологий

Переход к элементу

Свернуть/Развернуть



Copyright © catalysis.ru 2005–2026
Политика конфиденциальности в отношении обработки персональных данных