Уникальные палладиевые катализаторы разработали ученые Иркутска
В Институте нефте- и углехимического синтеза ИГУ разработаны уникальные классы палладиевых катализаторов двух типов, которые по своим характеристикам в некоторых случаях превосходят мировые стандарты. Этот результат закреплен и подтвержден патентами Российской Федерации и публикациями в рейтинговых научных журналах. Также уже получен фундаментальный, но при этом имеющий и прикладное значение результат — разработан новый метод, значительно упрощающий исследование каталитических процессов. Об этом 2 апреля 2021 года сообщила пресс-служба университета.
Дмитрий Суслов, директор НИИ нефте- и углехимического синтеза ИГУ:
— За последние годы у нас выкристаллизовалось лидирующее научное направление. Оно плотно связано с такими понятиями как энергоэффективность — создание основ технологий, позволяющих создавать более энергоэффективные процессы, зеленая химия — стремление к атомэкономным процессам, химия новых материалов — в нашем случае это развитие химии новых полимерных материалов, создание полимерных материалов нового поколения. Все эти понятия объединяет катализ (ускорение химических реакций). Мы сосредоточились на разработке новых катализаторов, а также на исследовании реакций и процессов, позволяющих понять принципы функционирования этих катализаторов.
Катализ превращений углеводородов и квантово-химическое моделирование химических процессов — это одно из приоритетных направлений, развиваемых в Иркутском государственном университете. Достигнутые в этой области результаты позволяют вузу эффективно конкурировать с ведущими мировыми исследовательскими центрами. Данное направление успешно реализуется на базе двух взаимодействующих друг с другом научных подразделений ИГУ: НИИ нефте- и углехимического синтеза и лаборатории квантовой химии. Основная цель — решение фундаментальных проблем развития теории предвидения каталитического действия, развитие теоретических методов исследования, разработка новых катализаторов и новых каталитических систем для практически важных химических и нефтехимических процессов.
В Институте нефте- и углехимического синтеза в настоящее время реализуется пять грантов РФФИ (Российский фонд фундаментальных исследований) и четыре гранта РНФ (Российский научный фонд). Большая часть из них связана с катализом реакций кросс-сочетаний, олиго- и полимеризации, гидрирования, а также разработкой новых материалов.
Разработки такого же высочайшего класса есть у ученых-химиков ИГУ и в области полимерной химии — это разработка новых подходов к созданию новых полимерных материалов, и прежде всего, азотсодержащих материалов, а также модифицирование природных полимеров. Получение таких материалов — это результат процессов полимеризации, где ключевая роль отводится каталитическим реакциям, исследованием которых занимаются ученые.
Дмитрий Суслов:
— Сегодня постановка фундаментальных задач в области каталитических исследований, которыми занимаемся мы в Институте нефте- и углехимического синтеза, сопряжена с использованием методов квантовой химии. И это общемировая современная практика — помимо экспериментальных исследований всегда привлекать теоретические, что позволяет значительно увеличить уровень исследований.
В Иркутском государственном университете разработкой и применением методов расчетной химии занимается лаборатория квантовой химии, а также созданная по гранту Минобрнауки России лаборатория квантохимического моделирования молекулярных систем. Выполнение теоретических исследований (расчетов) проводится с использованием парка высокопроизводительных компьютеров (для примера — это вычислительные машины с 40 ядерными процессорами и оперативной памятью до 768 гигабайт). Обеспечение функционирования и бесперебойной работы вычислительной инфраструктуры осуществляется совместно со специалистами центра новых информационных технологий ИГУ.
Владимир Орел, руководитель лаборатории квантохимического моделирования молекулярных систем ИГУ:
— Необходимый инструментарий для решения задач, которые ставятся перед современной химической наукой, сейчас уже не ограничивается только экспериментом. Это связано с возникающими как техническими, так и фундаментальными сложностями. Результаты эксперимента иногда просто невозможно объяснить без привлечения теоретических методов исследования. Провести квантовохимическое моделирование возможных маршрутов реакций, оценить предпочтительность того или иного маршрута, а уже затем проводить эксперимент часто оказывается экономически более эффективно. Сейчас это выходит на такой уровень, что нам удается даже предсказать возможные продукты и влияние начальных условий на их состав и соотношение.
Владимир Орел выделил два основных направления, которыми занимаются химики-теоретики ИГУ. Первое, реализующееся в тесном контакте с химиками-экспериментаторами из Иркутского института химии СО РАН — исследование осуществляющихся в суперосновных средах реакций с участием ацетилена, одного из ключевых продуктов газо-, угле- и нефтепереработки.
Второе направление, выполняющееся в контакте с зарубежными коллегами из Германии, посвящено разработке теоретических методов исследования молекул для решения задач молекулярной спектроскопии, в частности интерпретации спектров, полученных в синхротронных центрах мирового уровня. Справиться с этой задачей можно только совместными усилиями с применением экспериментальных и теоретических методов.
Актуальность и высокий уровень исследований квантовых химиков ИГУ подтверждается публикациями в ведущих международных журналах из первого и второго квартилей по данным Web of Sciеnce.
Совместная работа химиков-экспериментаторов и химиков-теоретиков ИГУ, ведущаяся в рамках катализа превращений углеводородов, а также квантово-химического моделирования механизмов новых реакций ацетилена и спектральных характеристик молекул, позволит определить направления создания наиболее эффективных катализаторов и условия их применения для получения продуктов промышленного и тонкого органического синтеза. Эти исследования выходят за рамки внутреннего взаимодействия двух научных подразделений ИГУ и осуществляются в тесном контакте с коллегами из российских и зарубежных институтов. Полученные уже сегодня результаты и открывающиеся перспективы развития этого направления значительно повышают статус Иркутского государственного университета как ведущего научно-исследовательского учреждения и выступают для вуза драйверами роста в мировом научном пространстве.
