Нанотрубки с тыквенно-золотой начинкой облегчили разложение муравьиной кислоты
Кукурбитурил — макроциклическое органическое соединение, состоящее из углерода, водорода, азота и кислорода. Хотя это вещество впервые получили еще в начале XX века, его уникальная структура, напоминающая по форме тыкву (его название и пошло от латинского названия растения), была раскрыта лишь в 1981 году. Его довольно просто синтезировать, чтобы потом использовать при производстве разнообразных комплексных молекул, он термически устойчив, внутрь «тыквы» можно поместить какие-нибудь молекулы или ионы, а в «кожуре» закрепить ионы металлов.
Ученые Института неорганической химии СО РАН (ИНХ СО РАН) синтезировали системы, состоящие из одностенных углеродных нанотрубок, внутрь которых были помещены кукурбитурилы и высокодисперсное золото. Специалисты Института катализа СО РАН (ИК СО РАН) проверили каталитическую активность полученных композитов в реакции разложения муравьиной кислоты на водород и углекислый газ.
«Оказалось, что сам кукурбитурил в углеродных нанотрубках обладает каталитической активностью, хотя и не слишком высокой, но в сочетании с золотом катализатор становится более активным. Температура реакции падает с 300 °С до 200 °С, селективность образования водорода достигает 99,5%», — рассказывает автор исследования, старший научный сотрудник Института катализа СО РАН, кандидат химических наук Дмитрий Булушев.
Это — первое доказательство каталитической активности кукурбитурила. По словам Булушева, в ИНХ СО РАН провели расчеты, где показали, что муравьиная кислота активируется с участием основных карбонильных групп вещества. От гидроксильной группы молекулы муравьиной кислоты отрывается атом водорода, а оставшийся формиат стабилизируется на стенке кукурбитурила, и если рядом есть золото, то оно превращает формиат в водород и СО2. Таким образом, разложение муравьиной кислоты в присутствии кукурбитурила существенно облегчается.
В ходе исследования ученые отметили, что в процессе разложения муравьиной кислоты при участии кукурбитурила в углеродных нанотрубках образуются необычные сэндвичевые структуры из золота. Дмитрий Булушев отмечает, что эти структуры могут являться активными в превращении формиатов.
Ученые планируют продолжить исследование и изучить превращение муравьиной кислоты с использованием композитов на основе других носителей.