Химики ИК СО РАН 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.