Химики исследуют новые материалы для эффективного окисления угарного газа

Специалисты омского Центра новых химических технологий ИК СО РАН при поддержке Российского научного фонда исследуют новые биметаллические катализаторы на основе серебра и меди, чтобы найти альтернативу дорогостоящим и относительно нестабильным катализаторам, содержащим палладий и платину, которые используют для окисления монооксида углерода. Эта тема актуальна для Омска, где угарный газ — один из ключевых загрязнителей воздуха.

Монооксид углерода (CO, угарный газ) — токсичный газ без цвета и запаха, который образуется при неполном сгорании топлива. Его вдыхание в высокой концентрации может привести к тяжелым отравлениям и угрожает жизни человека. По данным Росприроднадзора РФ, доля выбросов CO в 2025 году составила 30% от общего объема опасных веществ (5,2 млн тонн из 15 млн тонн).

Проблема загрязнения атмосферы актуальна для крупных городов с промышленными предприятиями и большим количеством транспорта. В Омске периодически фиксируются разовые выбросы угарного газа, превышающие предельно допустимую концентрацию (например, осенью 2025 года — выше в девять раз). В 2025 в атмосферу попало 19 тыс. тонн CO.

По словам старшего научного сотрудника Отдела газонефтехимии Центра новых химических технологий ИК СО РАН к.х.н. Дарьи Юрпаловой, тема гранта РНФ была выбрана в связи с негативным для экологической безопасности Омска фактором: «За последние годы уровень загрязнения атмосферы города монооксидом углерода растет. Газ опасен для людей, и очистка воздуха от него — очень важная задача».

Как правило, монооксид углерода нейтрализуют с помощью катализаторов на основе палладия и платины. Многие научные коллективы ищут им замену: кроме дороговизны, системы на основе драгоценных металлов имеют сравнительно низкую стабильность. В качестве перспективной альтернативы для окисления СО ученые выбрали серебро и медь, нанесенные на подложку из диоксида титана.

«В научной литературе мало данных о каталитических медно-серебряных системах, тема пока не проработана. Наша задача — исследовать механизм их действия, эффективность и перспективы. Мы планируем получить новую информацию о взаимодействии компонентов внутри катализатора, влиянии особенностей активного компонента на способность системы к активации кислорода, о природе активных частиц и их влиянии на каталитическую активность», — говорит ученый.

Поверхность диоксида титана, выбранного в качестве подложки, содержит большое количество дефектов — вакансий, которые повышают реакционную способность материала. Ученые предполагают, что за счет этих дефектов между основой и нанесенными активными частицами будет происходить пограничное окислительно-восстановительное взаимодействие, что обеспечит высокую активность.

В своем исследовании химики будут использовать ряд методов, среди которых — электронный парамагнитный резонанс (ЭПР). «С помощью ЭПР мы планируем исследовать кислородные вакансии и активные формы кислорода, которые будем фиксировать специальными спиновыми ловушками и молекулами-зондами. Предполагаем установить корреляции между количеством активных частиц и каталитической активностью», — поясняет старший научный сотрудник Отдела материаловедения и физико-химических методов исследования ЦНХТ ИК СО РАН к.х.н. Вячеслав Юрпалов.

Исследование в рамках гранта РНФ (№ 26-23-20015) позволит получить фундаментальные данные о работе медно-серебряных систем, необходимые для синтеза активных и эффективных катализаторов окисления монооксида углерода.