Новости химической науки > Метод DFT для удешевления гетерогенных катализаторов

Демонстрируя возможности теоретических методов, исследователи применили квантово-химические расчеты для того, чтобы найти дешевый сплав, способный катализировать промышленно важные процессы быстрее, чем существующие дорогие системы.

На графике соотнесена стоимость 70 протестированных сплавов и их способность связывать метильную группу – параметр, определяющий их качество как катализаторов быстрого гидрирования этилена. (Рисунок из Science, 2008, 320, 1320)

Исследовательская группа Йенса Норскова (Jens Nørskov) из Технического Университета Дании использовали метод функционала плотности [density functional theory (DFT] для того, чтобы обнаружить лучшие способы удаления ацетилена из потока этилена, использующегося для производства полиэтилена.

Этилен, получаемый для полимеризации, обычно загрязнен небольшим количеством (около 1%) ацетилена. Перед использованием сырого этилена в дальнейших процессах необходимо очистить его от ацетилена гидрированием, однако это процесс, отличаясь низкой селективностью, может приводить к образованию этана. Норсков поясняет, что для избирательного гидрирования ацетилена в присутствии этилена используют палладий-серебряный катализатор, добавки серебра к которому приводят к тому, что этилен десорбируется с поверхности катализатора быстрее, чем протекает его гидрирование.

Исследователи под руководством Норскова использовали метод DFT для быстрого скрининга свойств 70 альтернативных биметаллических соединений для того, чтобы сравнить их стоимость, стабильность, активность и селективность в реакции гидрирования этилена. Их выбор пал на сплав никеля с цинком, после чего его синтез и экспериментальная проверка каталитической активности продемонстрировала его высокую стабильность и возможность использования в требуемой реакции.

По словам Норскова, проделанная работа говорит не только о том, что теоретические модели изучаемых реакций верны, но также и о том, что методы компьютерной химии вполне могут использоваться для разработки новых материалов.

Источник: Science, 2008, 320, 1320; DOI: 10.1126/science.1156660

метки статьи: #квантовая химия, #кинетика и катализ, #новые материалы, #химия поверхности