Окисленные формы рутения оказались эффективным «зеленым» катализатором

Одно из наиболее популярных направлений обработки возобновляемого сырья (в частности, растительного — бионефти) — гидродеоксигенация. В результате реакции удаляется кислород, а получающиеся при этом фенол, циклогексанол и его алкильные производные находят применение в производстве пластмасс, красок, моющих средств и во многих других областях.

Гидродеоксигенация протекает в присутствии катализаторов, чаще всего — микро- и мезопористых цеолитов. Также одними из наиболее перспективных каталитических систем считаются те, в состав которых входят Ru, Re, Rh, Pd и Pt. Первый, рутений, относительно недорог, а еще проявляет высокую активность в реакциях гидрогенолиза и гидрирования в присутствии воды. Это важно, поскольку воды много в бионефти, особенно когда ее получают быстрым пиролизом исходного сырья.

Хотя рутений и рассматривают как катализатор для переработки биотоплива, до сих пор не было понятно не только то, почему он столь активен именно в водных растворах, но и в какой форме он находится в таких условиях. Некоторые исследователи считали, что в виде оксида, однако насколько имеет смысл его восстанавливать перед гидродеоксигенацией было также неизвестно.

В своей новой работе российские ученые вместе с иностранными коллегами смогли найти ответ на этот вопрос. Они нанесли на микромезопористые цеолиты оксид рутения и исследовали, что с ним происходит в ходе переработки гваякола в водном растворе при мягких условиях. Используя синхротронное излучение и рентгеновскую абсорбционную спектроскопию, авторы продемонстрировали, как в процессе реакции образуется водный оксид рутения. Они подробно описали это превращение, а также охарактеризовали составляющие оксид фазы — Ru, RuO2 и RuOOH. Чтобы выяснить, какая из них обеспечивает активность окисленной формы металла, ученые применили теорию функционала плотности. Расчеты энергии взаимодействия соединений рутения с гваяколом показали, что наиболее благоприятный контакт получается с RuOOH. Возможно, это обусловлено образованием донорно-акцепторных связей между субстратом и гидроксильной группой катализатора.

Таким образом, авторы новой работы смогли выяснить, в чем заключается механизм высокой каталитической активности окисленных форм рутения. Более того, именно последние обеспечивают наиболее эффективное взаимодействие с теми продуктами в составе бионефти, которые нужно восстановить. Результаты исследования позволят расширить линейку катализаторов для переработки и улучшения «зеленого» топлива.