Дорогие друзья, коллеги!

На долю нашего поколения выпала особая миссия, - мы родились и стали специалистами-каталитиками в уже отошедшем в историю XX веке, веке бурных общественных катаклизмов и политических событий. Но для нас XX век всегда был и останется прежде всего веком становления нашей науки, науки о катализе. Именно в ХХ веке сформировалось последовательное учение о катализе как особой области химии промежуточных соединений. Вызрела химическая инженерия, без которой немыслим вопрос о создании крупномасштабных каталитических процессов. А сами эти процессы в ХХ веке стали действительно крупномасштабными, обеспечив население планеты Земля удобрениями, высококачественными нефтепродуктами и неизвестными до того материалами - пластмассами. Без катализа в ХХ веке стали немыслимы производство современных лекарств и чистота окружающей среды. Экономическая роль катализа во многих странах достигла небывалых размеров - до 30-35% от валового национального продукта, и имеет тенденцию к дальнейшему усилению.

В произошедшем взлете всемирной роли катализа великароль и отечественных специалистов ХХ века. Вспомним только имена немногих из них, которым не суждено было встретить наступление XXI века: С.В. Лебедев, А.А. Баландин, С.З. Рогинский, Г.К. Боресков, М.И. Темкин, К.И. Замараев... Полагаю, нашей стране есть и будет чем гордиться за ушедший век, бывший очень-очень непростым для наших старших коллег.

Век новый будет для нас не намного легче. Это связано и с тем, что последние десять лет наша страна стремительно падала вниз, лишь в последний год приостановившись от этого падения. Это связано и с тем , что задачи в катализе стали несоизмеримо сложнее, чем раньше, что приборы, которые нужны нам для решения этих сложнейших задач, стали несоизмеримо дороже, что меньше стало молодежи в наших лабораториях, что...

Но стоит ли сейчас вспоминать о тех сложностях, которые нам предстоят в ближайшее время? Лучше вместе подумаем о том, какие интересные задачи нам придется решать и как нужны будут эти найденные решения нашей стране и нам самим.

Давайте, дорогие коллеги-каталитики, веселее и уверенней вступим в новый век. Ведь новый Век - Век нашего поколения!

С наступившим Новым 2001 годом, первым годом нового XXI века и нового третьего тысячелетия!

Счастья и успехов в работе, дорогие друзья и коллеги!

От составителей "Каталитического бюллетеня"
В. Пармон

В ПРЕЗИДИУМЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
ПОЛОЖЕНИЕ
о медалях Российской академии наук
с премиями для молодых ученых РАН,
других учреждений, организаций и для студентов высших учебных заведений*

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. В целях выявления и поддержки талантливых молодых исследователей, содействия профессиональному росту научной молодежи, поощрения творческой активности молодых ученых РАН, других учреждений, организаций и студентов высших учебных заведений в проведении научных исследований Российская академия наук ежегодно присуждает за лучшие научные работы 19 медалей с премиями в размере 20 000 рублей каждая молодым ученым РАН, других учреждений, организаций и 19 медалей с премиями в размере 10 000 рублей каждая студентам высших учебных заведений.

1.2. Конкурсы на соискание медалей Российской академии наук с премиями для молодых ученых РАН, других учреждений, организаций и для студентов высших учебных заведений проводятся ежегодно по следующим основным направлениям исследований в области естественных, технических и гуманитарных наук:

1. Математика.
2. Общая физика и астрономия.
3. Ядерная физика.
4. Физико-технические проблемы энергетики.
5. Проблемы машиностроения, механики и процессов управления.
6. Информатика, вычислительная техника и автоматизация.
7. Общая и техническая химия.
8. Физико-химия и технология неорганических материалов.
9. Физико-химическая биология.
10. Общая биология.
11. Физиология.
12. Геология, геофизика, геохимия и горные науки.
13. Океанология, физика атмосферы, география.
14. История.
15. Философия, социология, психология и право.
16. Экономика.
17. Мировая экономика и международные отношения.
18. Литература и язык.
19. Разработка или создание приборов, методик, технологий и новой научно-технической продукции научного и прикладного значения.

1.3 На соискание медалей Российской академии наук с премиями для молодых ученых РАН, других у чреждений, организаций и для студентов высших учебных заведений принимаются научные работы, выполненные отдельными молодыми учеными или студентами, а также их коллективами (не более трех человек), причем принимаются работы, выполненные как самостоятельно молодыми учеными или студентами, так и в соавторстве со старшими коллегами, если творческий вклад в эти работы со стороны молодых ученых или студентов значителен. Каждому победителю конкурса или соавтору лучшей научной работы вручаются медаль, диплом лауреата и выплачивается премия. Премия соавторам коллективной работы выплачивается в равных долях.

1.4 Научные работы на соискание медалей Российской академии наук с премиями для молодых ученых РАН, других учреждений, организаций и для студентов высших учебных заведений направляются по почте без указания ценности почтового отправления в Комиссию РАН по работе с молодежью по адресу: 117977, Москва В-334, ГСП-1, ул. Косыгина, 4 (тел.: 939-73-03; E-mail: truangle@ipc.ru, адрес в Интернете: http://www.ipc.ru/~truangle). Сроки подачи работ на очередной конкурс устанавливаются распорядительными документами Президиума РАН в ноябре-декабре предыдущего года, не позднее чем за 4 месяца до окончания сроков подачи, и публикуются в ежегодных объявлениях РАН о конкурсах, которые рассылаются во все научные учреждения РАН, Министерство образования России, другие ведущие министерства, ВУЗы, НИИ, отраслевые академии наук России, академии наук стран СНГ, Балтии. Сроки рассмотрения работ экспертными комиссиями РАН и присуждения медалей устанавливаются распорядительными документами Президиума РАН.

2. ПОРЯДОК ВЫДВИЖЕНИЯ И ОФОРМЛЕНИЯ РАБОТ НА СОИСКАНИЕ МЕДАЛЕЙ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
С ПРЕМИЯМИ ДЛЯ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ РАН,ДРУГИХ УЧРЕЖДЕНИЙ, ОРГАНИЗАЦИЙ

2.1. На соискание медалей Российской академии наук с премиями для молдых ученых РАН, других учреждений, организаций России, стран СНГ и Балтии выдвигаются научные работы (циклы работ), материалы по разработке или созданию приборов для научных исследований, методик и технологий, вносящие вклад в развитие научных знаний, отличающиеся оригинальностью в постановке и решении научных задач.

Работы, удостоенные ранее Государственных премий, а также премий и медалей Российской академии наук, на соискание медалей Российской академии наук с премиями для молодых ученых РАН, других учреждений, организаций не принимаются.

2.2. Научные работы принимаются к рассмотрению после их опубликования, в том числе в соавторстве со старшими коллегами. Материалы по разработке или созданию приборов для научных исследований, методик и технологий могут быть выдвинуты на конкурс до их практического завершения.

2.3. На соискание медалей Российской академии наук с премиями для молодых ученых РАН, других учреждений, организаций выдвигаются работы, выполненные научными и иными молодыми сотрудниками, преподавателями, стажерами-исследователями, аспирантами и докторантами учреждений и организаций РАН, других научно-исследовательских учреждений, ВУЗов, предприятий и организаций России, стран СНГ и Балтии в возрасте до 35 лет на момент подачи работы на конкурс.

2.4. Право выдвижения работ на соискание медалей Российской академии наук с премиями для молодых ученых РАН, других учреждений, организаций предоставляется:

2.4.1. академикам и членам-корреспондентам Российской академии наук, академий наук стран СНГ и Балтии, подразделениям и научным учреждениям этих академий;

2.4.2. научным учреждениям, высшим учебным заведениям России, их факультетам и кафедрам;

2.4.3. отраслевым академиям Российской Федерации и их подразделениям;

2.4.4. научно-техническим и техническим советам различных предприятий и организаций;

2.4.5. советам молодых ученых и специалистов научных учреждений РАН и высших учебных заведений России.

2.5. Научные работы, материалы по разработке или созданию приборов для научных исследований, методик и технологий представляются на конкурс в двух экземплярах в виде книг, оттисков статей или отпечатанными на машинке либо принтере с необходимыми иллюстрациями к тексту, библиографией и обязательным приложением оттисков статей, в которых опубликованы результаты научной работы, а также указанием одного из девятнадцати направлений конкурса, на которое выдвигается работа.

Примечание: Рукописи диссертационных работ на конкурс не принимаются.

2.6. К каждой работе, выдвигаемой на соискание медали РАН с премией для молодых ученых РАН, других учреждений, организаций, необходимо приложить в двух экземплярах:

2.6.1. аннотацию работы с указанием ее полного названия, Ф.И.О. авторов и одного из девятнадцати направлений конкурса, на которое выдвигается работа, подписанную авторами;

2.6.2. представление-отзыв на работу с указанием ее полного названия, Ф.И.О. авторов и их творческого вклада, подписанное руководством организации или лицами, выдвигающими ее;

2.6.3. сведения об авторах работы - молодых ученых, выдвигаемых на соискание медали РАН с премией для молодых ученых РАН, других учреждений, организаций (название работы, фамилия, имя, отчество, место работы с указанием ведомственной принадлежности, занимаемая должность, ученая степень, год и месяц рождения, домашний и служебный адреса, номера домашнего, служебного телефонов, факса, Е-mail и адрес в Интернете);

2.6.4. одну дискету 3,5" с файлом TITUL в формате RTF, содержащем следующие сведения:

     1. полное название работы;

     2. направление конкурса, на которое работа выдвигается;

     3. краткую аннотацию работы (не более 1 страницы текста);

     4. наименование учреждения, где выполнена работа;

     5. сведения об авторах работы - молодых ученых, выдвигаемых на соискание медали РАН с премией для молодых РАН, других учреждений, организаций:

     5.1. Ф.И.О. автора 1;

     5.1.1. год, месяц и день его рождения;

     5.1.2. место работы с указанием ведомственной принадлежности;

     5.1.3. занимаемая должность;

     5.1.4. ученая степень;

     .1.5. число опубликованных с участием автора научных работ, монографий, выступлений на крупных научных конференциях;

     5.1.6. число и название полученных с участием автора грантов, премий, научных стажировок и т.п.;

     5.1.7. домашний адрес;

     5.1.8. служебный адрес;

     5.1.9. домашний телефон;

     5.1.10. служебный телефон;

     5.1.11. факс;

     5.1.12. Е-mail;

     5.1.13. адрес в Интернете;

     5.2. Ф.И.О. автора 2 и т.д.

Примечание: Номера пунктов в файле TITUL.RTF обязательны. Каждый из них заканчивается точкой, после которой через пробел следует содержание соответствующего пункта. Если сведения по какому-либо из пунктов отсутствуют, то после его номера следует пустое поле.

2.7. Научные работы, если они представлены не на русском, английском, немецком или французском языках, должны иметь аннотацию на русском или английском языках. Сопроводительная документация также должна быть переведена на один из этих двух языков.

2.8. Научная работа вместе с перечисленными документами должна быть вложена в папку с надписью "На соискание медали Российской академии наук с премией для молодых ученых РАН, других учреждений, организаций". На обложке папки также указываются наименование учреждения, где выполнена работа, полное название работы, фамилии, имена, отчества авторов, одно из девятнадцати направлений конкурса, на которое работа выдвигается.

3. ПОРЯДОК ВЫДВИЖЕНИЯ И ОФОРМЛЕНИЯ РАБОТ НА СОИСКАНИЕ МЕДАЛЕЙ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
С ПРЕМИЯМИ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ

3.1. На соискание медалей Российской академии наук с премиями для студентов высших учебных заведений России, стран СНГ и Балтии принимаются дипломные и научные работы студентов, отличающиеся оригинальностью в постановке и решении научных задач.

3.2. Научные работы студентов принимаются после их направления в печать для опубликования или уже опубликованные, в том числе в соавторстве со старшими коллегами.

3.3. Право выдвижения работ на соискание медалей Российской академии наук с премиями для студентов высших учебных заведений предоставляется:

3.3.1. академикам и членам-корреспондентам Российской академии наук, академий наук стран СНГ и Балтии;

3.3.2. высшим учебным заведениям России, стран СНГ и Балтии, их факультетам и кафедрам;

3.3.3. советам молодых ученых и специалистов высших учебных заведений России;

3.3.4. высшим учебным заведениям Минобразования России - базовым, головным учреждениям и Центральной конкурсной комиссии Всероссийского открытого конкурса на лучшую научную работу студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам в ВУЗах России и привлекаемых ВУЗах стран СНГ - в части выдвижения работ - победителей указанного конкурса с обязательным сопровождением их информацией в соответствии с пунктом 3.5. настоящего Положения.

3.4. Работы представляются в одном экземпляре в виде оттисков статей или отпечатанными на машинке либо принтере с необходимыми иллюстрациями к тексту, библиографией и обязательным приложением оттисков научных публикаций участников конкурса, а также указанием одного из девятнадцати направлений конкурса, на которое работа выдвигается.

3.5. К каждой работе, выдвигаемой на соискание медали РАН с премией для студентов высших учебных заведений, необходимо приложить в двух экземплярах:

3.5.1. аннотацию работы с указанием ее полного названия, Ф.И.О. авторов и одного из девятнадцати направлений конкурса, на которое работа выдвигается, подписанную авторами;

3.5.2. представление-отзыв на работу с указанием ее полного названия, Ф.И.О. авторов и их творческого вклада, подписанное руководством организации или лицами, выдвигающими ее;

3.5.3. сведения об авторах работы - студентах, выдвигаемых на соискание медали РАН с премией для студентов высших учебных заведений (название работы, фамилия, имя, отчество, полное название ВУЗа с указанием его ведомственной принадлежности, факультет, курс, год и месяц рождения, домашний, учебный или служебный адрес, номера домашнего, учебного, служебного телефонов, факса, Е-mail и адрес в Интернете);

3.5.4. одну дискету 3,5" с файлом TITUL в формате RTF, содержащим следующие сведения:

     1. полное название работы;

     2. направление конкурса, на которое работа выдвигается;

     3. краткую аннотацию работы (не более 1 страницы текста);

     4. наименование учреждения, где выполнена работа;

     5. сведения об авторах работы - студентах, выдвигаемых на соискание медали РАН с премией для студентов высших учебных заведений:

     5.1. Ф.И.О. автора 1;

     5.1.1. год, месяц и день его рождения;

     5.1.2. полное наименование высшего учебного заведения с указанием его ведомственной принадлежности, курс, факультет;

     5.1.3. число опубликованных с участием автора научных работ, выступлений на конференциях

     5.1.4. число и название полученных с участием автора грантов, премий, научных стажировок;

     5.1.5. домашний адрес;

     5.1.6. учебный или служебный адрес;

     5.1.7. домашний телефон;

     5.1.8. учебный или служебный телефон;

     5.1.9. факс;

     5.1.10. Е-mail;

     5.1.11. адрес в Интернете;

     5.2. Ф.И.О. автора 2 и т.д.

Примечание: Номера пунктов в файле TITUL.RTF обязательны. Каждый из них заканчивается точкой, после которой через пробел следует содержание соответствующего пункта. Если сведения по какому-либо из пунктов отсутствуют, то после его номера следует пустое поле.

3.6. Научные работы, если они представлены не на русском, английском, немецком или французском языках, должны иметь аннотацию на русском или английском языках. Сопроводительная документация также должна быть переведена на один из этих двух языков.

3.7. Научная работа вместе с перечисленными документами должна быть вложена в папку с надписью "На соискание медали Российской академии наук с премией для студентов высших учебных заведений". На обложке папки указываются наименование учреждения, где выполнена работа, полное название работы, фамилии, имена, отчества авторов, одно из девятнадцати направлений конкурса, на которое работа выдвигается.

4. ПОРЯДОК РАССМОТРЕНИЯ РАБОТ

4.1. Работы, представленные на соискание медалей Российской академии наук с премиями для молодых ученых РАН, других учреждений, организаций и для студентов высших учебных заведений, после предварительного просмотра, оформления и систематизации Комиссией РАН по работе с молодежью передаются для их научной оценки соответствующим экспертным комиссиям РАН, состав которых утверждается Президиумом РАН.

4.2. Экспертные комиссии РАН правомочны принимать решения, если на заседании присутствует более половины списочного состава экспертной комиссии РАН. Решения экспертных комиссий РАН считаются принятыми, если они получили простое большинство голосов присутствующих членов экспертной комиссии РАН.

Примечание: Члены комиссий, находящиеся в командировке, отпуске или на бюллетене во время заседаний экспертных комиссий, при определении кворума не включаются в списочный состав.

4.3. Решения экспертных комиссий РАН по вопросам рекомендации работ к присуждению медалей Российской академии наук с премиями для молодых ученых РАН, других учреждений, организаций и для студентов высших учебных заведений принимаются тайным или открытым голосованием по решению экспертной комиссии РАН. В бюллетень для тайного голосования включаются работы, отобранные экспертной комиссией РАН.

4.4. Голосование проводится одновременно по всем работам. Член экспертной комиссии РАН может голосовать только за одну из работ, внесенных в бюллетень или поставленных на открытое голосование.

Бюллетень без отметок или с отметками "рекомендовать" более чем за одну из работ считается недействительным.

Если при голосовании ни одна из работ не получила необходимого числа голосов, экспертная комиссия РАН вправе провести повторное голосование только один раз, указав об этом в протоколе.

В бюллетень за повторное голосование не включаются работы, получившие при первом голосовании менее 1/3 голосов списочного состава экспертной комиссии РАН.

Если при повторном голосовании две работы получили равное число голосов, то в порядке исключения эти работы могут разделить между собой призовое место, при этом каждому соавтору этих работ вручается медаль, а премия выплачивается им в равных долях.

5. УТВЕРЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ КОНКУРСА

5.1. Экспертные комиссии РАН представляют в Комиссию РАН по работе с молодежью протоколы экспертных комиссий РАН и список работ, поданных на конкурс. Представленные на конкурс работы забираются затем из экспертных комиссий РАН Комиссией РАН по работе с молодежью.

5.2. Комиссия РАН по работе с молодежью подготавливает и представляет в Президиум Российской академии наук проект постановления Президиума РАН о присуждении медалей РАН с премиями для молодых ученых РАН, других учреждений, организаций и для студентов высших учебных заведений, протоколы заседаний экспертных комиссий РАН и упомянутые в проекте постановления Президиума РАН научные работы. Докладчиком на заседаниях Президиума РАН является председатель Комиссии РАН по р аботе с молодежью.

5.3. Решения Президиума РАН о присуждении медалей Российской академии наук с премиями для молодых ученых РАН, других учреждений, организаций и для студентов высших учебных заведений принимаются открытым голосованием и считаются принятыми, если за них голосовало более половины присутствующих на заседании членов Президиума РАН.

5.4. Решения Президиума Российской академии наук о присуждении медалей Российской академии наук с премиями для молодых ученых РАН, других учреждений, организаций и для студентов высших учебных заведений за лучшие научные работы, перечень и аннотации премированных работ публикуются в газете "Поиск", в журнале "Вестник Российской академии наук", в соответствующей серии журнала "Известия РАН" и в журнале "Вестник высшей школы".

5.5. Научные работы, удостоенные медалей Российской академии наук с премиями для молодых ученых РАН, других учреждений, организаций и для студентов высших учебных заведений, передаются в Библиотеку Российской академии наук на хранение.

6. ВРУЧЕНИЕ МЕДАЛЕЙ И ДИПЛОМОВ
О ПРИСУЖДЕНИИ МЕДАЛЕЙ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
С ПРЕМИЯМИ ДЛЯ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ РАН, ДРУГИХ УЧРЕЖДЕНИЙ, ОРГАНИЗАЦИЙ И ДЛЯ СТУДЕНТОВ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ

6.1. Лицам, удостоенным медалей Российской академии наук с премиями для молодых ученых РАН, других учреждений, организаций и для студентов высших учебных заведений, выдаются дипломы установленного образца.

6.2. Медали Российской академии наук с премиями для молодых ученых РАН, других учреждений, организаций и для студентов высших учебных заведений и дипломы о присуждении медалей вручаются ежегодно в декабре на заседании Президиума Российской академии наук.

Премии лауреатам конкурса выдаются Управлением делами РАН.

________________________
* Утверждено постановлением Президиума РАН от 29 февраля 2000 г. N 57.

Катализ: взгляд сквозь годы:

От составителей "Каталитического бюллетеня".

Мы продолжаем публиковать в "Каталитическом бюллетене" передаваемые нам эссе и воспоминания российских специалистов-каталитиков старшего поколения. Оценка уровня современного состояния любого направления науки всегда оказывается далеко неполной в отсутствие исторической ретроспективы развития этого направления. Нет сомнения в том, что опыт и история поиска научной истины учеными старшего поколения, двигавшими науку о катализе в предыдущие годы, являются очень ценными и для специалистов-каталитиков, работающих в наше время.

В данном номере мы публикуем размышления члена-корреспондента РАН Михаила Гавриловича Слинько, одного из основателей отечественной школы математического моделирования в катализе.

Роль математики в катализе и химической технологии

М.Г. Слинько

В катализе и химической технологии в настоящее время широко иcпользуется язык математики, который включает систему представлений, понятий, образов, связей. Поэтому, прежде всего, необходимо эту систему знать и понимать. Основными характеристиками математики являются сила абстракции, простота, элегантность и строгость. А глубина математических понятий раскрывается при их использовании. Важнейшее свойство математики - универсальность.

Мы пользуемся математикой для качественного и количественного анализа катализа и химико-технологического процесса на основе законов природы. Возможность такого анализа подразумевает, что сами законы природы сформулированы на математическом языке.

Аксиоматика теории катализа и химической технологии не возникает из опыта, а должна быть построена. Опыт может лишь развивать интуицию и подсказывать необходимые математические понятия, но сами они из опыта не выводятся. Интуиция и здравый смысл основаны на неизменности приемов. Поэтому интуитивный подход не в состоянии быть основой дальнейшего развития, так как эмпирический закон обладает свойством неизвестности границ его применения. Однако он необходим как при создании абстрактных математических моделей, так и при оценке степени идеализации и точности, достигаемых при анализе моделей. Только опыт решает, что истинно и что является справедливым. В этом смысле любая модель, любое математическое описание неверны, если они противоречат наблюдаемым явлениям и измерениям. Опыт по-прежнему остается единственным критерием пригодности математических конструкций. Однако, полноценный анализ химико-технологической системы и творчество присущи в целом лишь математике. Дело в том, что основные физико-химические понятия являются одновременно и математическими. Только математические методы позволяют построить стройную теорию катализа и химической технологии, сочетающую математическую строгость и красоту, опирающиеся на физическую, физико-химическую и химико-технологическую истины. Создание такой теории есть конечная цель всех наших усилий. Опыт и экспериментальные исследования являются при этом движущей силой.

Наглядность при экспериментальных исследованиях в наивном смысле постепенно теряет эвристическое значение, так как концентрации промежуточных веществ, масштабы расстояний и промежутков времени при описании процессов на микро- и мезо-уровнях настолько малы, что не могут контролироваться чувствами, присущими экспериментатору.

Эксперимент дает только несколько опорных положений и проверяет некоторые конкретные предсказания. Полная же картина химико-технологического процесса содержится лишь в математическом описании, т.е. в математической модели.

Удивительно, что математическая формулировка результатов экспериментальных исследований, часто довольно грубых, приводит к точному математическому описанию протекающего процесса. Это означает, что математика на самом деле является надежным языком и основой теории познания. Соответствие математического языка законам природы и техники является удивительным даром, а те, кто это понимает, широко им пользуются.

Математика для химика-исследователя и инженера-технолога является не только средством для вычислений, но и методом рассуждения и мышления, а следовательно, орудием познания. Значение математики для химика-исследователя и инженера-технолога заключается также в возможности проникновения в структуру каталитического процесса и уточнения концепции. Математика приносит особую пользу катализу и химической технологии там, где речь идет об анализе и обсуждении деталей сложных явлений и сложных систем. Поэтому математика - необходимый элемент прогресса катализа и химической технологии. Пренебрежение математикой приведет в болото эмпиризма.

Математическая строгость и простота играют все возрастающую роль в формулировке концепции и химической технологии, и решении конкретных задач. Однако, как бы глубока ни была связь между катализом и химической технологией и математикой, катализ и химическая технология, естественно, не становятся частью математики. Они имеют свои различные методы и цели.

На первый взгляд, кажется таинственной эвристическая роль и высокая эффективность математики в катализе и химической технологии. Тайна состоит лишь в огромном тысячелетнем опыте человечества и общности различных явлений природы.

Следует также понимать, что ученые химики и инженеры-технологи работают уверенно и плодотворно только тогда, когда используют законы физики и бурно развивающейся математической физики. Когда мы хотим понять и объяснить все известные явления единым образом, мы вынуждены опираться на все разделы физики, которые создают надежную культурную основу решений проблем катализа и химической технологии.

В основе математической физики первой половины XX века лежали линейные дифференциальные уравнения.

Это обстоятельство обусловлено тем, что линейные уравнения адекватно отображали большую часть известных в то время физических процессов и тем, что методы решения линейных уравнений хорошо разработаны и благодаря принципу суперпозиции часто могут быть представлены в аналитической форме. Методы линейной матричной алгебры и теории графов позволяют провести полный анализ линейных систем. Поэтому в частных случаях (мономолекулярные системы, процессы изомеризации в небольшом интервале изменения переменных и др.) целесообразно опираться на линейные модели, считая их как первое приближение. При этом надо помнить, что широкое применение линейного мышления в истории катализа приводило к грубым ошибкам и ложным теориям.

В XX веке, особенно в его второй половине, происходило радикальное и стремительное преобразование математики. Аксиоматический дедуктивный стиль геометрии уступил место индуктивному, интуитивному подходу. Математический анализ и теория дифференциальных уравнений стали важнейшим инструментом исследований. Вопросы теории вероятностей и статистического моделирования также нашли широчайшее применение в науке и технологии. Процесс развития катализа, химической технологии и математики взаимно обогащают друг друга. Истинный прогресс происходит, если науки находятся в гармонии. Примером может служить развитие качественной теории дифференциальных уравнений в частных производных, развитой проф. Т.И. Зеленяком и учениками в Институте математики имени С.Л. Cоболева СО РАН.

Главной существенной чертой кинетических, физико-химических и химико-технологических систем является нелинейность. При этом принцип суперпозиции не выполняется и неизвестно прямое аналитическое количественное решение. Кроме того, в нелинейных системах изменения часто могут носить пороговый характер: при плавном изменении внешних условий характеристики каталитической системы могут изменяться скачком. Эти эффекты, являющиеся следствием нарушения линейности, создают значительные трудности при прогнозировании поведения каталитических систем. К нелинейным явлениям относятся: множественность стационарных состояний, изолированные состояния, гистерезис при переходе от одних к другим стационарным состояниям, устойчивые и неустойчивые стационарные состояния, возникновение критических условий и дискретных путей эволюции каталитических систем. Особое место среди нелинейных явлений занимают процессы самоорганизации, протекающие в открытых нелинейных каталитических системах, далеких от термодинамического равновесия. Процессы самоорганизации в свою очередь приводят к автоколебаниям и автоволнам скорости каталитической реакции, к спонтанному образованию диссипативных макроскопических структур с определенной пространственно-временной упорядоченностью реагирующих веществ.

Запросы теории и эффективное моделирование динамики нелинейных каталитических систем привели к осознанию необходимости опираться на достаточно развитую качественную теорию дифференциальных уравнений с обыкновенными и частными производными.

Методы качественной теории позволяют изучать свойства решений без нахождения самих решений. С их помощью исследуется асимптотическое поведение решений эволюционных задач, структура предельных множеств и характер приближения траекторий к этим множествам. С помощью методов теории бифуркаций и ветвления решения нелинейных уравнений изучаются зависимости таких решений от параметров. Результаты же исследований представляются в виде фазового и параметрического портретов каталитической системы.

Сила качественных методов исследования математических моделей состоит в глубине математических идей и их общности. Бифуркационный анализ математических моделей каталитических систем представляет как теоретический, так и практический интерес. Понимание процессов на основе бифуркационного анализа стоит намного выше того, чего можно достичь с помощью традиционных подходов. Отличительной особенностью бифуркационного анализа является то, что здесь рассматриваются все возможные решения при всех возможных параметрах. В связи с этим результаты анализа позволяют не только объяснить, но и прогнозировать возможное поведение каталитических систем.

Кинетика и катализ принадлежат к числу точных естественных наук. Однако качественные соображения, фазовые портреты и приближенные соотношения часто играют значительную роль. Иногда качественные соображения даже более нужны, поскольку они содействуют пониманию каталитических явлений в целом и облегчают в дальнейшем количественное описание.

При качественных исследованиях особую роль играют простейшие предельные случаи, допускающие аналитическое решение. Асимптотический подход к сложной задаче состоит в упрощении исходной задачи на основе ясного понимания физико-химической сущности. Это упрощение достигается за счет создания более симметричной системы, чем исходная. Например, при изучении кинетики реакции синтеза аммиака на неоднородной поверхности железного катализатора было принято асимптотическое приближение равномерной неоднородности поверхности, что позволило получить аналитическое выражение для кинетичексого уравнения. Асимптотический подход способствует развитию физико-химической интуиции и формированию новых понятий.

Дифференциальные уравнения доминируют при составлении математических моделей каталитических и химико-технологических систем. Обыкновенные дифференциальные уравнения описывают нелинейные системы с сосредоточенными параметрами, а дифференциальные уравнения в частных производных - нелинейные распределенные системы.

Очень часто используется теория систем параболических уравнений типа "реакция плюс диффузия". Математическим аппаратом нелинейной динамики является качественная теория и теория бифуркации динамических систем.

Распределенные модели мезоуровня используются для описания и предсказания явлений самоорганизации в неидеальных реакционных системах.

Системный подход - научное направление, имеющее междисциплинарный характер, связанный с анализом и синтезом сложных систем произвольной природы. Объединение различных систем возможно благодаря тому, что в системном подходе используется более высокий уровень абстрагирования по сравнению с конкретными областями. Системный подход использует математические теории, тесно связанные с теорией формальных систем (абстрактную алгебру, теорию множеств и др.).

Применение системного анализа полезно только при условии наличия содержательных математических моделей всех составных частей системы.

Метод Монте-Карло является методом численного расчета, в котором вводятся вероятностные элементы в противоположность классическому подходу, состоящему в последовательном развертывании полностью детерминированных операций. Основная идея метода состоит в замене прямого интегрирования усреднением по множеству случайных событий (конфигураций), образующих цепь Маркова с постоянными вероятностями переходов.

Стохастический метод исследования применяется также для определения причин возникновения флюктуаций параметров и их значений, степени их влияния на протекание химико-технологических процессов и качественные характеристики получаемых продуктов и материалов, на влияние технологических факторов (термодинамических, кинетических и стохастических) и распределение качества продуктов и материалов.

Клеточные автоматы являются дискретными системами, поведение которых определяется локальными зависимостями.

Имитация случайного каталитического процесса на ЭВМ в рамках метода вероятностных клеточных автоматов заключается в непосредственном моделировании. Однако этот подход не позволяет определить области существования качественно различных состояний каталитических и химико-технологических систем. Все еще не разработаны математические методы перехода от микро- к макро- уровням, нет ясного перехода в физике между механикой одной частицы и механикой непрерывной среды, не сформулированы элементарные законы для понимания каталитической системы в целом. Для перехода от микро- к мезо- и макроуровням необходимы промежуточные содержательные и стимулирующие концепции. Найти их - искусство. Мы зависимы от физики и математики в решении важнейшей проблемы описания кинетики гетерогенных каталитических реакций на основе многочастичного взаимодействия и миграции адсорбированных веществ на элементе каталитической поверхности.

Представляется интересным пройти путь от отдельного элементарного акта реакции до протекания реакции в целом и осуществить поиск закономерностей скорости гетерогенной реакции с помощью нейронных сетей. Переход обусловлен коллективным процессом, ведет к согласованию протекания элементарных реакций. Такая самоорганизация аналогична деятельности нелинейных нейронов. Возникает надежда, что этот путь можно было бы пройти проще по сравнению с методами статистической физики на основе решеточных моделей.

Наряду с эффективностью математики при решении научных и технических проблем, применение математики к химической технологии обладает большой интеллектуальной ценностью. Открытие в 1973 г. в Институте катализа СО РАН регулярных и хаотических автоколебаний скорости гетерогенных каталитических реакций огромно. Оно сыграло ключевую роль в дальнейшем развитии нелинейной динамики каталитических реакций, процессов и реакторов. Регулярные автоколебания - химические часы - удивительно согласованное периодическое изменение концентраций адсорбированных частиц. Возникает связь, когерентность, но только в сильно неравновесных условиях. Еще большее интеллектуальное влияние оказали хаотические автоколебания. Мы приходим к вероятностному описанию детерминированного хаоса, к понятиям странного аттрактора. Оказывается, что все состояния становятся локально-неустойчивыми по Ляпунову. Теория вероятностей глубоко связана с теорией неустойчивых динамических систем.

Неустойчивость является причиной возникновения химической турбулентности. Образование различного рода структур на поверхности катализатора является, прежде всего, следствием возникновения неустойчивостей и их дальнейшего развития. Поэтому необходимо и далее развивать математическую теорию динамики нелинейных и неустойчивых каталитических систем (реакций, процессов, реакторов). В неустойчивых системах наряду с динамикой протекания физико-химического процесса важное значение имеет задание начальных значений, что является информацией о системе. Для перехода от одного устойчивого состояния к другому, от одной области притяжения к другой оказывается важной детальная информация о структуре фазового портрета, т.е. возникает необходимость знания информации о физико-химической системе.

Таким образом, система состоит из динамической и информационной части, а динамическое поведение системы зависит от информационных свойств.

Большое значение для катализа и химической технологии имеет особый раздел математики - вычислительная математика, изучающая методы получения решений различных математических задач в виде числового результата. Численный результат получается на ЭВМ с помощью арифметических и логических действий в виде последовательности операций, т.е. алгоритма решения. Для практического применения алгоритма важна его эффективность. На основе алгоритма задачи составляется программа на языке ЭВМ. Успешное развитие методологии математического моделирования в России на основе триады <<модель - алгоритм - программа>> осуществлено академиком А.А. Самарским. Сегодня роль ЭВМ в катализе и химической технологии многогранна. ЭВМ позволяет не только проводить громадные расчеты, но и получать результаты в аналитической форме.

Естественно, иногда у инженеров-технологов-практиков возникает неприятие математических подходов, особенно, когда непроверенные еще идеи одеваются в математический образ. Так, например, взрыв "кибернетического" энтузиазма, в свое время потрясший многих ученых и широкие массы инженеров, сменился разочарованием и пониманием того, что химическая кибернетика, заменяющая конкретные физико-химические основы описываемого процесса абстрактными формалистическими моделями типа "черный ящик" и корреляционными соотношениями, не обладает декларируемым свойством всемогущества.

История с химической кибернетикой показывает, что опасны и ложные теории, которые дают описание некоторых групп явлений в отрыве от других. Детальный анализ таких теорий нередко выявляет их несовместимость с более общими физическими и физико-химическими теориями. К сожалению, дискуссия об очевидной ограниченности химической кибернетики так и не возникла.

Ученым, развивающим теорию химической технологии, необходимо опираться не только на законы математики, но также на комплекс естественных и инженерно-технических наук. Приходится обращать внимание, в частности, и на такие обстоятельства, как происходящие процессы в обществе.

Цели и задачи химической технологии

1. Химическая технология предназначена для организации химических, физических, физико-химических и аэрогидродинамических процессов, на создание химико-технологических промышленных производств химических продуктов. Геометрический и временной масштабы - важнейшие характеристики химической технологии, определяющие цели и характер деятельности инженера.

2. Химическая технология определяет теоретически возможный предел осуществления химических превращений, интенсивности всех процессов переноса вещества, тепла, импульса и заряда в заданных условиях и находит оптимальный технологический режим достижения этих условий на основе фундаментальных законов физики, химии и физической химии, а также на основе большого инженерного опыта. При решении этих задач формируются концепции и теории, имеющие также фундаментальное значение.

Химическая технология концентрирует достижения естественных и технических наук и является основой для их дальнейшего развития.

3. На основе математического моделирования химическая технология осуществляет выбор оптимальных режимов и степень рационального приближения к предельным условиям на всех масштабных уровнях химико-технологического процесса и разрабатывает пути оптимального синтеза.

4. На основе математических моделей элементарных физико-химических и физических этапов сложного химико-технологического процесса на атомно-молекулярном уровне идет понимание и объяснение наблюдаемых зависимостей на мезо-, макро- и мега масштабных уровнях с учетом процесса переноса вещества, энергии, импульса и заряда на этих уровнях. Молекулярная химическая технология изучает законы образования веществ заданных структуры, качества, свойств и разрабатывает их синтез в промышленном масштабе.

5. Химическая технология дает методологию лабораторных исследований, результаты которых пригодны для осуществления масштабного перехода от исследований в лаборатории к промышленным условиям, преодолевая ограниченность теории подобия и физического моделирования.

6. Химическая технология на основе общей теории открытых систем и нелинейной динамики химико-технологических реакций, процессов и аппаратов на всех масштабных уровнях изучает нелинейные явления (критические условия автоколебаний, автоволны, образование диссипативных структур и др.) и обеспечивает безопасную, устойчивую работу аппаратов химических производств в целом.

7. Химическая технология на основе томографического метода и вычислительной аэрогидродинамики определяет движение и структуру реакционных сред в аппаратах и реакторах химических производств и находит оптимальные условия движения реакционных сред в аппаратах химико-технологических процессов.

8. Химическая технология решает задачу синтеза оптимальной химико-технологической схемы производства, оптимальных условий ее работы и создает систему управления производством, используя системный подход в случае наличия содержательных моделей всех элементов системы.

9. Химическая технология на основе технологического анализа определяет и рекомендует оптимальную структуру химической промышленности страны.

10. Химическая технология обеспечивает многогранную информационную потребность работников химической промышленности и на основе информатики организует получение, передачу, обработку и хранение информации о деятельности химической промышленности.

XII Международный конгресс по катализу

В начале июля 2000 года в г. Гранада (Испания) состоялось основное мероприятие гетерогенных каталитиков мира последних четырех лет - XII Международный конгресс по катализу. В работе конгресса приняли участие около 4000 человек из различных стран мира. Российская делегация состояла из сорока ученых, одиннадцать из них - сотрудники Института катализа СО РАН.

По просьбе редакции "Каталитического бюллетеня" участники конгресса В.А. Садыков, Е.А. Паукштис, А.Н. Старцев и А.Г. Степанов (Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН) дали краткий анализ научной тематики конгресса, отметив наиболее интересные результаты и новые тенденции в развитии исследований.

Программа конгресса включала пять пленарных лекций, прочитанных ведущими учеными мира: H.Topsoe (Дания) - "Характеризация катализаторов в условиях реакции"; M. Iwamoto (Япония) - "Гетерогенный катализ для предотвращения загрязнения атмосферы"; M. Davis (США) - "Молекулярный дизайн гетерогенных катализаторов"; L. Schmidt (США) - "Химические реакции и реактора при миллисекундных временах контакта", G. Martino (Франция) - "Катализ в нефтепереработке и нефтехимии, последние достижения и будущие тенденции".Работа конгресса подразделялась на 4 секции устных докладов и три стендовые сессии.

Научная программа Конгресса включала в себя следующие достаточно традиционные темы:

1. Приготовление катализаторов
1. Катализ на металлах и оксидах металлов
2. Нефтепереработка и нефтехимия
3. Характеризация катализаторов
4. Синтез Фишера -Тропша
5. Катализ в тонком органическом синтезе
6. Катализ в защите окружающей среды
7. Применение теоретических методов в катализе
8. Топливные элементы и электрокатализ
9. Катализ на сульфидах, нитридах и карбидах
10. Фотохимия
11. Каталитические процессы и инжиниринг
12. Селективное окисление
13. Молекулярные сита

На устных сессиях известными специалистами были прочитаны ключевые лекции по наиболее актуальным темам:

M. Che (Франция) "Молекулярный и мультидисциплинарный подход к приготовлению катализаторов"

R.A. Van Santen, F.J.M.M. De Gauw "Кислотность в цеолитном катализе"
D.E. De Vos, B.F. Sels, W.M. Van Rhijn, P.A. Jacobs (Бельгия) "Конструирование твердых катализаторов для тонкого органического синтеза в многофазных системах"
S. Gembicki (США) "Достижения в технологиях с использованием новых твердых кислот"
M. Anpo (Япония) "Применение фотокатализаторов на основе оксидов титана и уникальных катализаторов второго поколения на основе диоксида титана, способных работать при облучении видимым светом, для уменьшения содержания вредных компонентов в окружающей среде на глобальном уровне"
P. Metivier (Франция) "Катализ в тонком органическом синтезе: промышленные перспективы"
J.L.Garcia-Fierro (Испания) "Реакции окислительного реформинга метанола для получения водорода"
F. Ciardelli (Италия) "Нанесенные металлоцены: катализаторы для полимеризации олефинов с одним и несколькими типами активных центров"
Кроме того, на каждой устной секции был сделан 31 устный доклад, а большая часть сообщений была представлена на стендовых секциях.
Ниже даны некоторые далеко не полные аналитические данные о состоявшемся конгрессе.
При анализе современных тенденций развития науки о гетерогенном катализе, в той мере, как они отражены на Международных конгрессах по катализу, несомненный интерес представляет методология исследований. На Рис. 1 представлена зависимость числа работ с использованием физических методов исследования данного типа от типа этих методов.

Рис.1. Использование физических методов в гетерогенном катализе.

Как видно из рисунка, общие тенденции в гетерогенном катализе сохранились. ИКС остается доминирующим методом исследования. Намечается более широкое использование метода рентгеновской дифракции (метод 2). Реже используются высоковакуумные методы и ЯМР, что, вероятно, обусловлено дороговизной оборудования и сложностью его обслуживания. Более широко стала использоваться Рамановская спектроскопия (метод 11), однако большая часть представленных работ выполнена в Китае, что не позволяет пока сделать заключение о явной тенденции.

ИКС в настоящее время используется только с Фурье преобразованием, т.е. с применением нового оборудования.

В ИК спектроскопии, как и ранее, большая (порядка 90%) часть работ выполнена для адсорбированных молекул, при этом наблюдается явная тенденция к использованию методов in situ в условиях динамических экспериментов. Серьезных методических прорывов в использовании ИКС не видно. Однако, все большее число групп исследователей имеет возможность работать с кюветами для высокотемпературных исследований.

Одну работу в области колебательной спектроскопии можно отметить особо . Работа выполнена с использованием резонансной Рамановской спектроскопии. Этот метод позволяет характеризовать ближайшее окружение катионов переходных металлов для нанесенных катализаторов. Возможное использование этого подхода - отечественные исследования, проводимые в группе G.I. Panova. Однако, для этого необходимо приобрести или взять в пользование лазеры, излучающие на длинах волн, отвечающих электронным переходам железа 3+ и 2+ в октаэдрическом и тетраэдрическом кислородном окружении, т.е. с общим диапазоном 30000-6000 см^-1. Эта работа потребует больших средств, но и отдача от нее может быть высокой. Ожидается, что можно будет точно расшифровать структуру фрагментов, адсорбирующих "альфа-кислород".

Среди новых методов исследования поверхности гетерогенных катализаторов следует отметить электронную томографию (3D-TEM). С помощью этого метода возможно получать трехмерное изображение образцов с высоким разрешением. Трехмерное изображение достигается посредством реконструирования двумерных изображений слоев, полученных посредством сканирования под различными углами. На основании этого метода возможно детальное изучение распределения, например, частиц металла в мезопористой матрице ( K.P. de Jong, доклад A23).

Интересный доклад по использованию ультракоротких лазерных импульсов (пикосекундный временной интервал) для исследования динамики интермедиатов на поверхности NiO был представлен K. Domen, доклад А29. Отмечается возможность наблюдения образования монодентантного формиата из бидентантного при разложении последнего на поверхности NiO(111).

Становится традиционным метод записи на видеопленку в реальном времени процессов in situ, протекающих на поверхности катализатора. Так, в докладе V.Oleshko, D31, сообщалось о наблюдении роста полимерной (полипропилен) цепи in situ на катализаторах Циглера-Натта (TiCl₄, нанесенный на MgCl₂) c помощью метода трансмиссионной электронной микроскопии (TEM).

Прослеживается неугасающий многолетний интерес к исследованию с помощью физических методов механизмов реакций, таких как изомеризация н-бутена в изо-бутен на ферриеритном цеолитном катализаторе ( J.A. Lercher, et al., A22); изомеризация алканов (M. Hochtl, A31, M.H. Jodaio, P242) на цеолитных бифункциональных катализаторах; селективное восстановление NO пропаном на медь-содержащем высококремнистом цеолитном катализаторе (J.C. Lavalley, Р092); превращение хлоралканов (хлорметан, 2-хлорпронан) в высшие углеводороды, а также их превращения в окислительных условиях (J. Jaumain, P112, M. Baldi, P113); изомеризация н-бутана и н-пентана на различным образом модифицированном сульфатированном оксиде циркония (R. Olindo, P240; M.Risch, P241); алкилирование бутенов изобутаном на гетерополикислотных катализаторах и катализаторе на основе сульфатированной окиси циркония (E.A. Paukshtis, P268).

Нашло свое отражение использование физических методов и в исследовании процессов диффузии и особенностей динамического поведения адсорбатов в порах цеолитных катализаторов. Так, J. Fraissard, P334, представил доклад об использовании ¹²⁹Xe ЯМР спектроскопии для исследования диффузии бензола в цеолите

H-ZSM-5. Экспериментально полученные величины коэффициентов диффузии вполне согласуются с величинами, полученными другими методами. A. Gedeon, P387 продемонстрировал возможность выявления особенностей движения адсорбированных в цеолит органических молекул с помощью двумерной ЯМР спектроскопии и получения кинетических характеристик наблюдаемых видов движения.

Большое число работ посвящено исследованию кислотности гетерогенных катализаторов методом ИК спектроскопии с применением различных молекул-зондов (например, доклады C. Morterra, P367; E.A. Paukshtis, P268).

Впервые представлен доклад об использовании неупругого некогерентного нейтронного рассеяния (INS) для характеризования коксовых отложений на катализаторах Pd/C. Метод существенно дополняет данные ИК спектроскопии вследствие больших возможностей в исследовании высокодисперсных материалов, таких как, например, графит, активированный уголь, сибунит и др. (S.F.Parker, P370) .

Следует также отметить использование физметодов для поиска и охарактеризования новых направлений превращения парафинов и выявления новых нетрадиционных механизмов превращений олефинов на цеолитных катализаторах кислотной природы. Так, например, в представленном докладе A.G. Stepanov, RR099, сообщается о возможности карбонилирования алканов (пропан, изо-бутан) в карбоновые кислоты на цеолитном катализаторе H-ZSM-5 в мягких условиях. J.K. Domen, P 333, с помощью ИК спектроскопии продемонстрировал возможность изомеризации н-бутена без стадии переноса протона с кислотной группы цеолита на олефин.

Новым для исследований в области катализа и весьма пока нераспространенным является применение ЯМР микротомографии для исследования процесса закоксовывания катализаторов. Этот метод, продемонстрированный S.P.Rigby, P389, позволяет получать исключительно ценную информацию о распределении кокса по слоям катализатора посредством компьютерной томографической визуализации мест локализации кокса.

В пленарной лекции H. Topsoe основным лейтмотивом был тезис о необходимости исследования твердых катализаторов непосредственно в каталитическом реакторе в реальных условиях проведения каталитического процесса. По-видимому, данный тезис ни у кого не вызывает сомнений, однако приведенный в докладе иллюстрационный материал показывает, насколько желаемое далеко от реального. Исследование реконструкции поверхности Ni(110) под воздействием сероводорода иллюстрирует прежде всего возможности метода сканирующей туннельной микроскопии по исследованию поверхности монокристалла на атомном уровне, но никак не каталитическую реакцию с участием сероводорода. То же самое можно сказать об использовании высокотемпературных камер для исследования изменения фазового состава и строения поверхности под воздействием газовой фазы. Использование специальной камеры для высокотемпературной обработки образцов газовой смесью в сочетании с типичными высоковакуумными системами позволяет исследовать результат воздействия газовой фазы на поверхность монокристалла, что никак нельзя отнести к исследованию in situ. Действительно, in situ эксперименты могут быть выполнены с помощью "быстрого" EXAFS и рентгенофазового анализа при изучении процессов генезиса катализаторов, их закоксовывания и регенерации непосредственно в высокотемпературной камере. Природа интермедиатов на поверхности твердых катализаторов может быть изучена с помощью ИКФП с масс-спектрометрическим анализом газовой фазы.

Особо хотелось бы остановиться на результатах исследования модельной системы для сульфидных катализаторов гидрообессеривания: MoS₂ - подобных кластеров, нанесенных на поверхность монокристалла Au(111). После последовательного напыления атомов серы, молибдена и снова серы методом сканирующей туннельной микроскопии на поверхности монокристалла были обнаружены треугольные островки, изображение которых получено с атомным разрешением. Затем система была обработана атомарным водородом, при этом удалось зарегистрировать одиночный дефект поверхности - анионную вакансию серы. Экспериментально работа выполнена безукоризненно, что еще раз демонстрирует возможности современных методов по исследованию поверхности монокристаллов. Однако, интерпретация результатов не выдерживает никакой критики. Следует обратить внимание на следующие обстоятельства:

Треугольная форма частиц свидетельствует о большом избытке свободной энергии в данной системе, поэтому в реальных условиях катализа данные частицы не могут быть устойчивыми системами. Такая форма частиц свидетельствует об эпитаксиальном взаимодействии MoS₂ - подобных частиц с гранью Au(111) вследствие геометрического соответствия и близости параметров решеток.

Простой расчет стехиометрии S:Mo поверхностных частиц свидетельствует о большом избытке атомов серы по отношению к молибдену. Здесь речь может идти только о кластерах [Mo_xS_y]^n- с большим избытком серы (по сравнению с MoS₂) и большим избытком отрицательного заряда вследствие перетекания электронной плотности с атомов Au подложки. В реальных условиях катализа формируется стехиометрическая макромолекула MoS₂ как термодинамически наиболее устойчивая.

Яркое свечение периферийных атомов молибдена свидетельствует об их неравноценности по сравнению с внутренними атомами; по-видимому, эти атомы находятся в более окисленном состоянии, отличном от состояния Mo(IV).

Экспериментально полученное значение энергии активации взаимодействия атомарного водорода с поверхностным атомом серы (0.6 эВ) существенно ниже, чем полученное для реальных каталитических систем (более 5 эВ).

Таким образом, основной вывод, сделанный H. Topsoe из результатов данной работы, об экспериментальном доказательстве участия анионных вакансий дисульфида молибдена в каталитическом цикле реакции гидрогенолиза C-S-связи, не имеет под собой прямого экспериментального обоснования. Не вызывает никакого сомнения, что дефекты решетки (к которым относятся и анионные вакансии) всегда существуют в неравновесных системах, однако они неизбежно будут отожжены в реальных условиях каталитического процесса. Поэтому вопрос об участии анионных вакансий в каталитическом цикле по-прежнему остается дискуссионным.

Подводя итоги анализу данного пленарного доклада, можно сказать, что продекларированный в названии доклада тезис о необходимости исследования катализаторов in situ не нашел экспериментального подтверждения в большинстве из продемонстрированных примеров (за исключением двух методов, отмеченных выше).

Пленарная лекция G. Martino "Catalysis for oil refining and petrochemistry, recent developments and future trends" была посвящена обзору последних достижений в области производства катализаторов и развитию процессов переработки нефтяных фракций. Особо подчеркивалась необходимость глубокой гидроочистки и глубокого гидрирования моторных и печных топлив, при этом отмечалась тенденция к ужесточению экологических требований к качеству всех видов топлив. Отмечался также ряд устойчивых направлений развития каталитических процессов и новых катализаторов, направленных на ресурсосбережение и снижение стоимости.

Все три устных доклада, представленные в секции "Катализ сульфидами, нитридами и карбидами" (V. Schwartz et al. "Mechanism of HDN over Mo and Nb-Mo Carbide Catalysts"; G. Berhault et al. " In Situ Characterization of Transition Metal Sulfide Catalysts by IR Probe Molecule adsorption and Model Reactions"; P. Afanasiev et al. "Comprehension of the Promoting Effects in the MCR₂S₄ Mixed Sulfide Catalysts) были посвящены весьма распространенной в последнее время проблеме поиска и исследования новых каталитических систем для решения задач глубокой нефтепереработки углеводородного сырья. Следует отметить, что новые каталитические системы, способные составить конкуренцию традиционным катализаторам нефтепереработки, до сих пор не найдены. Поэтому детальное исследование механизма каталитического действия новых катализаторов представляется не вполне обоснованным. Безусловно, это пополняет наши знания, но уводит в сторону от решения основной проблемы катализаторов гидропереработки - механизма каталитического действия сульфидных катализаторов.

Из 21 стендовых докладов, представленных на секции "Катализ сульфидами, нитридами и карбидами", можно отметить лишь следующие. Работа P. Afanasiev et al. посвящена новому методу приготовления массивного высокодисперсного MoS₂. Нанесенные на оксид алюминия высокодисперсные частицы MoS₂ были получены ультразвуковым разложением карбонила молибдена в присутствии серы (Jung Joon Lee et al.). Биметаллические сульфидные Со-Мо кластеры были получены внутри пор цеолита с использованием карбонильных предшественников, катализаторы охарактеризованы методами РФЭС и EXAFS (Ya. Okamoto et al.). P.C.H. Mitchel et al. использовали метод неупругого рассеяния нейтронов для изучения адсорбции тиофена на сульфидных катализаторах. Как оказалось, взаимодействие молекулы тиофена с поверхностью катализаторов значительно слабее, нежели в молекулярных комплексах тиофена с переходными металлами, что само по себе неудивительно. Остальные работы представляют лишь локальный интерес для узкого круга специалистов.

В области селективного окисления большое внимание продолжает уделяться процессам при миллисекундных временах контакта на блочных катализаторах. В пленарном докладе L. Schmidt обобщены основные черты данных процессов, протекающих при больших градиентах состава газовой фазы и температуры, рассмотрены подходы к их моделированию и масштабированию. Для иллюстрации приведены последние данные по окислительному дегидрированию этана в этилен с высокой (85%) селективностью по этилену, достигаемой за счет введения в исходную смесь водорода и промотирования платины оловом. Другим рассмотренным примером является селективное окисление циклогексана в олефины и оксигенаты на одной платиновой сетке. Предполагается, что основной особенностью обеих систем является наличие двух зон реакции. При этом реакции окисления кислородом протекают на входе в реактор, а последующие реакции, такие как гомогенный пиролиз, протекают после того, как весь кислород израсходован, и поверхность пассивирована углеродом. Для реактора с одной сеткой в расположенной за сеткой области протекают только гомогенные реакции; в этой области температура резко снижается, способствуя закалке олефинов и оксигенатов.

В стендовом докладе V. Sadykov et. al. с помощью сканирующей электронной микроскопии (A. Salanov) непосредственно показано образование пластинчатого графитоподобного углерода на частях микроблока, контактирующих с реакционной смесью, не содержащей кислород. При этом активный компонент - платина, промотированная оловом, находится на поверхности таких пластин в виде сросшихся игольчатых кристаллов сплава Pt-Sn. Выход их на поверхность объяснен способностью катализировать высокоэффективное окисление углерода водяным паром и диоксидом углерода.

В процессах селективного окисления большое внимание уделяется процессам мягкого окисления ароматики, в том числе бензола в фенол, с использованием как кислорода, так и нетрадиционных окислителей - закиси азота (работы G. Panov,
A. Anshits et al.).

Проблемы катализа в защите окружающей среды рассмотрены в пленарной лекции M. Iwamoto. Основные усилия исследователей в области экологического катализа в настоящее время направлены на разработку нецеолитных катализаторов селективного восстановления оксидов азота углеводородами в избытке кислорода, снижении их рабочих температур и обеспечении устойчивости к отравлению серой. Продолжается разработка и исследование систем, обеспечивающих накапливание нитратов на поверхности в условиях бедных смесей с последующим их восстановлением импульсом обогащенной смеси. В данном направлении наиболее существенной проблемой является обеспечение устойчивости компонентов, аккумулирующих нитрит-нитратные комплексы (соединения бария и др.), по отношению к отравлению за счет образования сульфатов.

Существенное внимание уделяется проблемам удаления летучих органических соединений из промышленных выбросов, сажи из дизельных выбросов, разработке новых композиций для катализаторов трехкомпонентной очистки отходящих газов ДВС на основе промотированного диоксида церия, способных аккумулировать/отдавать кислород, проблемам разрушения фреонов.

В области приготовления катализаторов практически не было представлено работ по новым методам и технологиям синтеза.

Среди новых систем продолжается интенсивная разработка катализаторов на основе мезопористых материалов и микропористых столбчатых глин.

В целом XII Международный конгресс по катализу прошел очень успешно и был весьма полезен для оценки новых тенденций в катализе, обмена мнениями с ведущими специалистами мира и установления новых контактов.

Следующий XIII Международный конгресс по катализу решено провести в 2004 году в Париже. Все расширяющийся объем материалов и масштаб Конгресса не позволяют существенным образом расширить обсуждаемые направления катализа. В частности, как и ранее, на следующем Конгрессе практически не будут представлены гомогенный катализ и инженерные проблемы катализа. Решено уменьшить в будущем и объем печатных материалов Конгресса, поскольку вручавшийся всем участникам четырехтомник печатных трудов Конгресса достиг в 2000 году рекордного веса - 8 кг (!). Поднять сумку с этими трудами оказалось не под силу многим участникам.

Е.А. Паукштис, В.А. Садыков,А.Н. Старцев, А.Г. Степанов
Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, Новосибирск

Тенденции катализа на рубеже веков.
Статистика Международных Конгрессов по катализу

Г. И. Панов
Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, Новосибирск

8 - 15 июля 2000 года в прекрасном городе Гранада, бывшей столице мусульманского халифата в Испании, прошел 12-й Международный конгресс по катализу (МКК). Эта встреча ученых завершает 44-летнюю историю Конгрессов в 20-м веке. 1-й Конгресс состоялся в Филадельфии в 1956 году, затем Конгрессы проходили каждый високосный год в разных городах мира (табл. 1).

Таблица 1. Международные Конгрессы по катализу

Номер конгресса	Год	Город
1	1956	Филадельфия
2	1960	Париж
3	1964	Амстердам
4	1968	Москва
5	1972	Майами
6	1976	Лондон
7	1980	Токио
8	1984	Берлин
9	1988	Калгари
10	1992	Будапешт
11	1996	Балтимор
12	2000	Гранада

Помня о моем интересе к каталитической статистике, академик В.Н. Пармон предложил мне провести анализ трудов Конгрессов и попытаться оценить тенденции, с которыми мировое сообщество каталитиков готовится войти в 21-й век. Конечно, мы не проводили анализ научной тематики Трудов. Это было бы под силу лишь значительной группе экспертов. Но я надеюсь, что и та сравнительно небольшая информация формального характера, которую нам удалось собрать, может представлять интерес для коллег-каталитиков.

Масштаб Конгрессов

Это один из главных вопросов, так как тенденция в масштабе Конгрессов в определенной мере отражает изменения в численном составе мирового сообщества каталитиков. Мы растем, достигли предела или убываем?

Рис. 1. Число работ, представленных на конгрессах.

Убедительный ответ на этот вопрос дает рис. 1, на котором показано число работ, представленных на каждом из двенадцати Конгрессов. Если на первом Конгрессе было 83 работы, то на 12-м - 773 работы. Видно, что масштаб МКК не только не достиг своего предела, но наоборот, растет ускоряющимися темпами. В последние 20 лет, начиная с 7-го Конгресса, этот рост приобрел почти взрывной характер. И это несмотря на то, что в это время начинают параллельную работу такие крупные конференции как TOCAT и Europacat, почти сравнимые с МКК по широте тематики и популярности. Правда, следует отметить, что до середины 70-х годов на Конгрессах было принято выступать только с устными докладами, и лишь затем появилась возможность проводить более многолюдные постерные сессии.

Распределение работ по числу авторов

Статья или научный доклад - это чаще всего результат труда коллектива авторов. Мы сравнили распределение статей по числу авторов на 1-м и 12-м Конгрессах и увидели поразительную разницу (рис. 2).

Рис. 2. Распределение работ по числу авторов на 1-м и 12-м конгрессах.

Если на первом Конгрессе не было ни одной работы, имеющей более 4 авторов, то на 12-м Конгрессе была представлена работа с числом авторов 19! Разница настолько велика, что интересно более подробно проследить, как менялась доля работ с разным числом авторов от конгресса к конгрессу.

Рис. 3. Доля работ с указанным числом авторов.

Эти данные представлены на рис. 3. Видно, что доля работ с числом авторов 3 изменялась мало и во всех случаях составляла 20 - 30%. Работы же с меньшим и бóльшим числом авторов претерпевали драматические изменения противоположного знака. Если доля работ, имеющих четыре и более авторов, быстро росла (2% на 1-м и 64% на 12-м МКК), то доля работ, имеющих одного и двух авторов, столь же быстро падала (80% на 1-м и лишь 14% на 12-м МКК).

За всю историю Конгрессов было представлено 14 статей с числом авторов более 10. Среди них особенно выдающимися являются три работы с числом авторов 21, 14 и 19, представленные соответственно на трех последних Конгрессах. Две из этих работ выполнены в России. Размер авторского коллектива

Для каждого Конгресса мы оценили среднее число авторов в работе, не делая различий между категориями работ (oral, poster, etc.). Как видно из рис. 4, эта зависимость хорошо описывается линейной функцией и указывает на стабильный рост авторского коллектива. За рассматриваемый период средний коллектив вырос от 1.9 до 4.2 человек, т.е. более чем в 2 раза. Эта тенденция, вероятно, определяется рядом факторов: увеличением числа методов исследования, легкостью транспортных коммуникаций, легкостью обмена информацией, постановкой более глобальных исследований и т.д. Это способствует расширению сотрудничества и привлечению специалистов разного профиля.

Рис. 4. Средняя численность авторского коллектива.

В силу общего характера этих факторов отмеченная тенденция, вероятно, является характерной не только для катализа, но и для других областей науки.

Качество работ

Отражается ли число авторов работы на ее качестве? Казалось бы, да, поскольку можно ожидать, что крупный коллектив обладает бóльшим потенциалом и способен выполнить работу более высокого класса.

За показатель качества мы приняли разбивку работ по категориям "oral" или "poster". Такая разбивка делается оргкомитетом на основе рецензий экспертов и может рассматриваться как более или менее объективный показатель. На 12-м Конгрессе средняя численность авторских коллективов для работ разных категорий была примерно одинакова: oral - 4.29 человек; poster - 4.34 человек; recent reports - 4.05 человек.

Это означает, что между качеством работы и числом авторов корреляции нет.

Катализ по регионам

Число работ, представляемых на Конгрессе, в определенной степени может характеризовать уровень развития каталитических исследований в той или иной стране. Из-за трудности проследить тенденции в каждой из стран, мы провели разбивку стран по следующим пяти регионам: Европа; США; Япония; Советский Союз (с 1991 г. - Россия и страны бывшего Советского Союза); развивающиеся страны. Здесь и далее, когда работа представлялась от нескольких стран, отнесение делалось по первому автору.

Как видно из рис. 5, европейские страны надежно занимают лидирующее положение. Их вклад отличается удивительным постоянством, варьируясь в пределах 40-50%. (И это при том, что, начиная с 1993 г., каждые два года проводится отдельный крупномасштабный Европейский конгресс по катализу EUROPACAT).

Другая ситуация с США. Этой стране принадлежит честь организации первого Конгресса, на котором доля американских работ составляла 47%. Однако в последующие годы происходит значительное, хотя и неровное, падение доли американских работ. На Конгрессе в Гранаде эта доля составила лишь 10%, т.е. примерно столько же, сколько работы Японии и стран бывшего Советского Союза.

Рис. 5. Распределение работ по регионам.

Японский катализ, практически отсутствовавший на первом Конгрессе, быстро набирал силу в последующие годы. Максимальный вклад Японии (23%) был достигнут на 7-м МКК (Токио, 1980 г.). В дальнейшем происходит снижение, и в 2000 г. доля Японии составила лишь 10%. Возможно, это связано с активным участием японских ученых в токийской конференции TOCAT.

В странах бывшего СССР наибольший объем каталитических исследований имел место в период со 2-го по 5-й Конгрессы (1960-1972 гг.). В это время доля СССР превышала 10%, а на 4-м Конгрессе (1968 г., Москва) даже поднялась до 32%. Затем следует падение до 5% (7-й Конгресс, 1980 г.), после чего начинается слабый подъем. Отметим, что факт распада СССР (1991 г.) не отразился на числе работ, представляемых на Конгрессы.

Обращает на себя внимание динамичный рост катализа в развивающихся странах. Начиная с 6-го Конгресса (1976 г., Лондон), этот рост приобретает особенно быстрый и устойчивый характер. На 12-м Конгрессе в сумме эти страны превысили 20% и вышли на второе место после Европы.

Международное сотрудничество

На примере трудов Конгресса можно оценить тенденцию в развитии международного сотрудничества.

Впервые совместные работы, выполненные специалистами нескольких стран, были представлены на 4-м Конгрессе в Москве. Однако еще в течение нескольких конгрессов их число оставалось пренебрежимо малым. Зато начиная с 9-го МКК (1988) происходит бурный рост числа совместных работ, связанный главным образом с развитием сотрудничества в Европе, на долю которой приходится 60 - 80% совместных работ. В Гранаде было представлено 107 совместных работ, которые распределились следующим образом: Европа - 77, СССР - 14, США - 12, Япония - 4.

Данная тенденция является результатом интеграции европейских стран, а также следствием активной поддержки фундаментальных исследований по катализу международными научными фондами.

Место проведения

Совет Конгресса каждый раз внимательно выбирает место проведения следующего Конгресса. 12 прошедших МКК были проведены в 9 странах, указанных в табл. 1 (при этом трижды - в США). Следующий, 13-й Конгресс будет проходить в Париже. Казалось бы, страна и место проведения должны быть важным фактором для ученого при решении вопроса, участвовать или не участвовать в работе Конгресса. В действительности, это не так. По крайней мере, это не настолько важный фактор, чтобы оказывать влияние, например, на общее число работ, представляемых на конгрессы (см. рис. 1).

Однако место проведения Конгресса может сказываться на региональном распределении работ, увеличивая, например, долю близлежащих стран и уменьшая долю дальних стран. Так, при проведении Конгресса в Европе следует ожидать больше европейских, но меньше американских ученых, а при проведении в США - наоборот. Некоторые выводы на этот счет позволяют сделать результаты уже рассмотренного нами рис. 5.

Видно, что участие европейских ученых не зависит от места проведения Конгресса, так как максимальная и минимальная доля их работ наблюдалась на Конгрессах, проведенных именно в Европе (6-й Конгресс в Лондоне; 9-й Конгресс в Будапеште).

Американцы, как и ученые СССР, также не придают большого значения месту проведения. Однако здесь имеется одно яркое исключение, которое связано с 4-м Конгрессом в Москве в 1968 г. Видно, что на этом Конгрессе наблюдался резкий всплеск работ СССР и столь же резкий провал работ США. Однако едва ли можно сомневаться в том, что эти симметричные выбросы противоположного знака вызваны не местом проведения Конгресса, а политикой холодной войны, которую эти страны проводили в отношении друг друга. На участии ученых других регионов это не отразилось.

Таким образом, место проведения конгресса не сказывается заметным образом ни на количестве представленных работ, ни на их распределении по странам. Конечно, это не значит, что Совет может не придавать значения вопросу о выборе места. Наличие удобных гостиниц, технических возможностей, хорошей погоды и т.д. - все это всегда будет оказывать влияние на продуктивность работы Конгресса.

Заключение

Переваливая рубеж столетий, катализ безусловно находится на подъеме. На подъеме находится и его самая представительная конференция - Международный Конгресс по Катализу, без малейших признаков уменьшения темпов своего фантастического роста и своей популярности.

Однако растущий масштаб МКК ставит и некоторые проблемы. В частности, это относится к Трудам Конгресса, которые эволюционировали от одной скромной книги до неподъемного комплекта из четырех толстых книг весом 8 кг (рис. 6). В Гранаде вес Трудов вызвал настоящий шок, и 12-й МКК получил титул самого "тяжелого" конгресса. Ситуация с Трудами и проблема их транспортировки домой приобрела настолько острый характер, что состоявшийся в ходе конгресса Совет МКК принял специальную поправку к Уставу, отменяющую обязательную публикацию полных докладов. Участников конгресса в Париже будут ждать уже только краткие тезисы докладов.

Рис. 6. Изменение веса Трудов конгресса.

Среди ярко выраженных тенденций, которые выявил наш анализ, особенно следует отметить рост авторских коллективов, рост сотрудничества и бурный рост катализа в развивающихся странах. По данным 12-го Конгресса, здесь лидируют Китай (26%), Корея (13%), Бразилия (12%), Аргентина (11%) и Мексика (9%), которые в сумме составляют более 70% от общего вклада развивающихся стран.

Все предыдущие Конгрессы проходили в северном полушарии земного шара. Можно не сомневаться, что уже в недалеком будущем Конгресс перешагнет экватор, потому что катализ - это не только одна из самых увлекательных областей науки, но и одно из необходимых условий экологически сбалансированного глобального прогресса общества.

Автор выражает глубокую благодарность В.К. Дроновой,Е.В. Ефимовой, М.А. Крючковой, Н.С. Крыловой за помощь в работе.