Вместо золота солнечный свет: ученый ТГУ создает новые катализаторы
ТОМСК, 25 янв – РИА Томск. Молодой ученый Томского госуниверситета (ТГУ) Григорий Мамонтов создает новый класс катализаторов, который поможет синтезировать полезные химические соединения с помощью только естественного света. Подробности проекта – в обзоре РИА Томск.
Ранее сообщалось, что в конце 2020 года были подведены итоги конкурсов на получение грантов президента РФ для молодых ученых и ведущих научных школ России. На получение господдержки поступило 1,5 тысячи заявок, из них поддержано около 500. Гранты президента РФ, нацеленные на усиление государственной поддержки молодых российских ученых, назначаются ежегодно в размере 600 тысяч рублей в год для кандидатов наук и 1 миллиона рублей в год для докторов наук сроком на два года. Среди победителей вышеназванного конкурса – пять ученых ТГУ, в том числе научный сотрудник лаборатории каталитических исследований химического факультета вуза Григорий Мамонтов. Его проект – "Создание композитов на основе плазмонных наночастиц серебра и производных графена для селективных фотокаталитических процессов". Дорогой катализатор Как сообщается в понедельник на сайте ТГУ, Мамонтов работает над созданием нового класса катализаторов, которые будут действовать по принципу фотосинтеза, то есть позволят синтезировать полезные химические соединения под действием видимого света. По мнению ученого, использование фотокатализаторов выгодно экономически, поскольку не требует высоких температур и давления. Главным условием действия таких материалов является наличие естественного света или его имитации. "Большинство каталитических процессов сегодня реализуются в промышленности при повышенных температуре и давлении. Для обеспечения высокой активности и селективности катализаторов используются золото, платина, палладий. Одними из ключевых вызовов, стоящих перед химиками, являются снижение их содержания или полный отказ", – приводятся в сообщении слова Мамонтова. Задача ученых – разработать подходы, которые позволять не использовать дорогостоящие благородные металлы, а также смягчить условия протекания каталитических процессов. В идеале катализатор должен работать при атмосферном давлении и комнатной температуре. "При этом его селективность желательно довести до 100%, как это реализуется в живых организмах (ферментативный катализ). Фотокатализаторы для селективного химического превращения – новое направление в мировой химии. В рамках своего проекта Мамонтов осуществляет разработку принципов создания таких материалов", – говорится на сайте ТГУ. Особая роль Важное место в проекте отводится производным графена, обладающим уникальными свойствами. Пресс-служба вуза отмечает, что после того как в 2010 году за исследования с этим двухмерным материалом была присуждена Нобелевская премия, популярность графена начала стремительно расти. Исследователи передовых научных центров ищут применение графену в различных областях, в том числе в фотокатализе. Со ссылкой на Мамонтова поясняется, что на первом этапе проекта химическими методами будет синтезирован оксид графена, а также восстановленный оксид графена. Метод является достаточно трудоемким, тем не менее, предполагается получать его химически, а не приобретать оксид графена, полученный физическими методами. На следующем этапе будут изготовлены образцы катализаторов на основе оксида графена, содержащие наночастицы серебра и оксид церия. "Комбинирование в одном материале плазмонных наночастиц серебра, поглощающих видимый свет, оксида церия, являющегося полупроводником, и проводящей подложки на основе восстановленного оксида графена должно способствовать протеканию селективного фотокаталитического процесса", – добавляется в сообщении. Каталитические (в темноте) и фотокаталитические (при дополнительном облучении лампой, имитирующей солнечный свет) свойства катализаторов протестируют в реакции восстановления нитрофенола в аминофенол. Эта реакция является модельной, однако в перспективе ученые планируют расширить спектр химических реакций, которые могли быть проведены с таким типом катализаторов. Фундаментальный характер Эти исследования направлены, в первую очередь, на выявление особенностей получения новых функциональных материалов на основе плазмонных наночастиц и производных графена. Кроме того, цель проекта заключается в изучении природы активных центров катализаторов и механизмов каталитических превращений, включая фотокаталитические. "Именно фотокаталитические селективные процессы могут стать основой для разработки новых подходов в энергосберегающей и экологически безопасной энергетике, переработке углеводородного сырья в ценные органические соединения, необходимые для химической, фармацевтической, пищевой и других отраслей промышленности", – резюмирует автор проекта.
Ранее сообщалось, что в конце 2020 года были подведены итоги конкурсов на получение грантов президента РФ для молодых ученых и ведущих научных школ России. На получение господдержки поступило 1,5 тысячи заявок, из них поддержано около 500. Гранты президента РФ, нацеленные на усиление государственной поддержки молодых российских ученых, назначаются ежегодно в размере 600 тысяч рублей в год для кандидатов наук и 1 миллиона рублей в год для докторов наук сроком на два года. Среди победителей вышеназванного конкурса – пять ученых ТГУ, в том числе научный сотрудник лаборатории каталитических исследований химического факультета вуза Григорий Мамонтов. Его проект – "Создание композитов на основе плазмонных наночастиц серебра и производных графена для селективных фотокаталитических процессов". Дорогой катализатор Как сообщается в понедельник на сайте ТГУ, Мамонтов работает над созданием нового класса катализаторов, которые будут действовать по принципу фотосинтеза, то есть позволят синтезировать полезные химические соединения под действием видимого света. По мнению ученого, использование фотокатализаторов выгодно экономически, поскольку не требует высоких температур и давления. Главным условием действия таких материалов является наличие естественного света или его имитации. "Большинство каталитических процессов сегодня реализуются в промышленности при повышенных температуре и давлении. Для обеспечения высокой активности и селективности катализаторов используются золото, платина, палладий. Одними из ключевых вызовов, стоящих перед химиками, являются снижение их содержания или полный отказ", – приводятся в сообщении слова Мамонтова. Задача ученых – разработать подходы, которые позволять не использовать дорогостоящие благородные металлы, а также смягчить условия протекания каталитических процессов. В идеале катализатор должен работать при атмосферном давлении и комнатной температуре. "При этом его селективность желательно довести до 100%, как это реализуется в живых организмах (ферментативный катализ). Фотокатализаторы для селективного химического превращения – новое направление в мировой химии. В рамках своего проекта Мамонтов осуществляет разработку принципов создания таких материалов", – говорится на сайте ТГУ. Особая роль Важное место в проекте отводится производным графена, обладающим уникальными свойствами. Пресс-служба вуза отмечает, что после того как в 2010 году за исследования с этим двухмерным материалом была присуждена Нобелевская премия, популярность графена начала стремительно расти. Исследователи передовых научных центров ищут применение графену в различных областях, в том числе в фотокатализе. Со ссылкой на Мамонтова поясняется, что на первом этапе проекта химическими методами будет синтезирован оксид графена, а также восстановленный оксид графена. Метод является достаточно трудоемким, тем не менее, предполагается получать его химически, а не приобретать оксид графена, полученный физическими методами. На следующем этапе будут изготовлены образцы катализаторов на основе оксида графена, содержащие наночастицы серебра и оксид церия. "Комбинирование в одном материале плазмонных наночастиц серебра, поглощающих видимый свет, оксида церия, являющегося полупроводником, и проводящей подложки на основе восстановленного оксида графена должно способствовать протеканию селективного фотокаталитического процесса", – добавляется в сообщении. Каталитические (в темноте) и фотокаталитические (при дополнительном облучении лампой, имитирующей солнечный свет) свойства катализаторов протестируют в реакции восстановления нитрофенола в аминофенол. Эта реакция является модельной, однако в перспективе ученые планируют расширить спектр химических реакций, которые могли быть проведены с таким типом катализаторов. Фундаментальный характер Эти исследования направлены, в первую очередь, на выявление особенностей получения новых функциональных материалов на основе плазмонных наночастиц и производных графена. Кроме того, цель проекта заключается в изучении природы активных центров катализаторов и механизмов каталитических превращений, включая фотокаталитические. "Именно фотокаталитические селективные процессы могут стать основой для разработки новых подходов в энергосберегающей и экологически безопасной энергетике, переработке углеводородного сырья в ценные органические соединения, необходимые для химической, фармацевтической, пищевой и других отраслей промышленности", – резюмирует автор проекта.