Новости химической науки > Новый катализатор получения водорода из муравьиной кислоты

Исследователи из Германии взяли идею живой природы и разработали новый дешевый железосодержащий фотоактивный катализатор, который может способствовать получению водорода из муравьиной кислоты.

Предполагаемый механизм фотоиндуцируемой реакции получения водорода из муравьиной кислоты, катализируемой железосодержащим катализатором. (Рисунок из J. Am. Chem. Soc., 2010, DOI: 10.1021/ja100925n)

Муравьиная кислота является одним из главных продуктов, образующихся при обработке биомассы, в последнее время она исследуется на предмет использования в качестве источника водорода, который может применяться в топливных ячейках. Однако существующие методы выделения водорода из муравьиной кислоты и ее производных применяют дорогие катализаторы, содержащие благородные металлы. Разработанный немецкими учеными катализатор представляет собой недорогое производное железа, он активируется солнечным светом и не требует термохимической активации, для которой обычно бывает необходимо применение ископаемого топлива.

Железосодержащие ферменты-гидрогеназы, созданные природой являются эффективными катализаторами получения водорода. В этих ферментах каталитически активный ион железа обычно стабилизирован координированными с ним молекулами белками. Исследователи из Университета Ростока под руководством Матиаса Беллера (Mathias Beller) и Ральфа Людвига (Ralf Ludwig) разработали новую каталитическую систему, проведя скрининг каталитической активности большого количества металлоорганических соединений в присутствии различных лигандов, способных стабилизировать железосодержащий центр, который, как и каталитически активный центр фермента, может способствовать разложению муравьиной кислоты на водород и диоксид углерода.

Наивысшая каталитическая активность наблюдалась для системы, состоящей из додекакарбонилтрижелеза [Fe₃(CO)₁₂] в присутствии трифенилфосфина, 2,2':6'2''-триспиридина и 1,10-фенантролина. Эти соединения образуют in situ катализатор, который активируется видимым светом. Людвиг отмечает, что в настоящее время исследователи не представляют точный механизм реализации каталитического цикла, говоря только о том, что лиганды стабилизируют металлоцентр, позволяя ему работать дольше, не теряя при этом активности – в отсутствии производных пиридина и фенантролина железо быстро покидает сферу реакции. Облучение системы видимым светом в присутствии муравьиной кислоты приводит к образованию водорода и углекислого газа, при прекращении облучения каталитическая реакция прекращается.

Исследователи отмечают, что новая система позволяет использовать солнечный свет для получения водорода, возможно, дальнейшая модификация каталитической системы позволит подобрать лиганды, позволяющие повысить ее эффективность и изменить таким образом, чтобы ее можно было бы активировать светом с определенной длиной волны.

Джастин Харгривс (Justin Hargreaves), специалист по катализаторам из Университета Глазго заявляет, что работа немецких коллег представляет собой существенное достижение в поиске новых каталитических систем, работающих без благородных металлов, добавляя, что обнаружение новой системы может стимулировать дальнейшие исследования в этой области.

Эдман Цанг (Edman Tsang) из Университета Оксфорда, изучающий возможности применения муравьиной кислоты в водородной энергетике замечает, что, хотя пока новая каталитическая система отличается умеренной активностью, ее дешевизна и простота наряду с возможностью проводить фотокаталитические реакции приближает возможность получения водорода из отходов биохимических производств.

Источник: J. Am. Chem. Soc., 2010, DOI: 10.1021/ja100925n

метки статьи: #кинетика и катализ, #химическая технология, #элементоорганическая химия