Впервые удалось наблюдать за состоянием катализатора непосредственно во время реакции – об этом на конференции SKIF-2026 рассказал младший научный сотрудник Отдела синхротронных исследований функциональных материалов ЦКП «СКИФ» Егор Айдаков.
Монослойные ванадиевые катализаторы применяют для получения ацетальдегида из этанола: мировой объем его производства составляет около 1,25–1,65 миллионов тонн в год. Свойства нанесенных катализаторов зависят от электронного взаимодействия между носителем и активной фазой: перенос заряда меняет степень окисления активных центров, а значит, и ход реакции. Исследование было посвящено двум системам — оксиду ванадия на основе оксида титана и на основе оксида церия. Ученые выясняли, как носитель влияет на окислительно-восстановительные свойства катализатора, его активность и состав продуктов.
Основным инструментом стала рентгеновская спектроскопия поглощения: она позволила отслеживать химическое состояние ванадия, церия и титана прямо в условиях реакции. Состав продуктов анализировали инфракрасной спектроскопией, а количественную обработку спектров вели методом машинного обучения, разработанным в Южном федеральном университете.
Выяснилось, что носители действуют на ванадий по-разному. На оксиде титана ванадий при контакте с этанолом восстанавливался сильнее. В катализаторе на основе оксида церия в окислительно-восстановительные процессы включался и сам носитель. Различия проявились и в составе продуктов: на титановом носителе в присутствии кислорода, помимо ацетальдегида, образовывались уксусная кислота, монооксид углерода и углекислый газ, а на цериевом уксусной кислоты не обнаружили. Иначе говоря, замена носителя меняет не только состояние активного компонента, но и направление реакции.
По словам исследователя, сопоставление спектроскопических данных с составом продуктов позволяет связать изменения состояния атомов с работой катализатора. Это поможет при подборе составов и уточнении механизмов реакции.