Работа, опубликованная в журнале Nature Chemistry в феврале 2025 года, обращает внимание на новые достижения в области катализа, а точнее — на перспективы использования атомно-распределенных катализаторов. Этот тип катализаторов, использующих одиночные атомы металлов, обещает улучшение промышленной химии, сделав ее более эффективной и экологичной. В своей статье Джейсон Бейтс, ассистент профессора инженерии из Университета Вирджинии, делает обзор текущих исследований в этой области и указывает на важность повышения качества экспериментов.
Для того чтобы производить такие важные вещества, как аммиак, который используется для изготовления удобрений, химической промышленности необходимо использовать катализаторы, ускоряющие химические реакции, не расходуя сами себя и не создавая лишних побочных продуктов. Однако традиционные катализаторы, состоящие из металлических кластеров, имеют свои ограничения — со временем они теряют эффективность и изнашиваются, особенно при тяжелых условиях эксплуатации. Атомно-распределенные катализаторы, которые представляют собой одиночные атомы, прикрепленные к твердой поверхности, способны преодолеть эти проблемы. Они обещают комбинировать точность гомогенных катализаторов с долговечностью и масштабируемостью гетерогенных катализаторов.
Один из наиболее ярких примеров использования таких катализаторов — это производство водорода, который, в свою очередь, является важным компонентом в производстве аммиака. Сегодня для производства водорода используют ископаемые топливо, что связано с выбросами углекислого газа. Атомно-распределенные катализаторы могут значительно снизить углеродный след в процессе.
Однако, несмотря на их большие преимущества, эти катализаторы пока что сложны в разработке. Чтобы правильно их протестировать и охарактеризовать, необходимы тщательные исследования, что, по мнению Бейтса, часто упускается из виду в нынешней научной практике. Он приводит аналогию с головоломкой: несмотря на наличие множества методов для изучения атомно-распределенных катализаторов, научным сообществом часто делаются поспешные выводы, не учитывая все возможные альтернативы и гипотезы.
Джейсон Бейтс настоятельно призывает замедлить развитие исследований в области атомно-распределенных катализаторов и сосредоточиться на их точном тестировании и повторяемости результатов. Только тогда, по его мнению, можно будет уверенно продвигаться вперед и создавать катализаторы с улучшенными характеристиками.
По словам профессора химии из Университета Тафтса, Чарлза Сайкса, который рецензировал работу Бейтса, текущий прогресс в области атомно-распределенных катализаторов ограничен недостаточной характеристикой и тестированием, что затрудняет понимание их фундаментальных свойств. Сайкс подчеркивает, что статья Бейтса является важным шагом для исправления этого положения и должна стать руководством для ученых, работающих в этой перспективной области.
С момента публикации работы Бейтса ее влияние продолжает расти, предлагая путь к большему пониманию и совершенствованию новых катализаторов, которые могут изменить подходы к химическому производству в ближайшие десятилетия. Переход на такие катализаторы может сделать эти процессы более «зелеными», снизив зависимость от ископаемого топлива и уменьшив углеродный след. В условиях глобального потепления и стремления к устойчивому развитию эти технологии становятся не просто научным достижением, а возможным спасательным кругом для планеты.
Пока одни исследователи фокусируются на создании сверхточных катализаторов, способных оптимизировать промышленные процессы, другие ищут пути получения чистого водорода из самых неожиданных источников. Так, свежая работа южнокорейских ученых демонстрирует, как солнечный свет и сахарный тростник могут стать основой для экологичного производства этого важнейшего энергетического ресурса.
