08.02.2013

Золотые пикокластеры демонстрируют высочайшую каталитическую активность

Интерес к использованию золота в качестве катализатора впервые появился лет 25 назад, когда химики вдруг осознали, что золото золоту рознь и его наноразмерные частицы способны катализировать окисление монооксида углерода лучше любого другого известного на тот момент вещества. С тех пор золотые катализаторы стали широко использоваться в некоторых химических превращениях, таких как образование азосоединений, применяющихся в качестве красителей в кожевенной промышленности и текстильщиками, а также при получении промежуточных соединений в индустриальном синтезе полиуретанов. Но в целом промышленность так и не повернулась лицом к золотым катализаторам.

Возможно, благодаря усилиям учёных из Политехнического университета Валенсии (Испания) ситуация вскоре изменится. Им удалось показать, что золото может быть по-настоящему высокоэффективным катализатором, даже присутствуя в реакционной среде в очень малых количествах, но только если этот металл используется в растворе в форме субнаноразмерных кластеров.

Испанские химики сфокусировались на проведении реакции гидратации алкинов. Эта реакция, заключающаяся в присоединении воды к производным ацетилена в присутствии ртутного катализатора с получением альдегидов и кетонов, ранее участвовала в промышленном производстве ацетальдегида — исходного вещества для синтеза уксусной кислоты и других химикатов. Именно на смену впавшей в немилость ртути и должно прийти золото.

Золотые кластеры получались медленным добавлением восстановителя к раствору тетрахлороаурата(III) водорода (HAuCl4). Используя тандем ультрафиолетовой спектроскопии и масс-спектрометрии с матрично-активированной лазерной десорбцией/ионизацией (MALDI), учёные обнаружили, что реакция начинается тогда, когда размер кластеров золота находится в пределах 3–5 нм. В этом случае реакция протекает очень резво, достигая скорости в 100 000 циклов в час, то есть в течение часа на одном золотом кластере конвертируется 100 000 молекул исходного алкина.

Для того чтобы лучше оценить достижение испанцев и их подопечных (субнаномикронных клатеров золота), заметим, что достигнутая частота циклов на пять порядков величины (!) превосходит лучшее предыдущее достижение золотых катализаторов. Реакция на золотых субнанокластерах протекает при комнатной температуре, что очень важно для промышленного применения.

Кроме того, обратим ваше внимание на то, что в случае субнанокластеров золота в ход идут экстремально малые количества катализатора. Для сравнения: обычная загрузка традиционных катализаторов на основе благородных металлов составляет 5 мольных процентов.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Science.

Подготовлено по материалам Chemistry World.

Роман Иванов

Источники:

1. КОМПЬЮЛЕНТА