Ученые разработали технологию SpectroTAP для изучения катализаторов

Графическая иллюстрация. Автор: ACS Catalysis (2025). DOI: 10.1021/acscatal.5c00593

Катализаторы играют ключевую роль в повседневных продуктах и промышленности — от стиральных порошков и самоочищающихся духовок до производства топлива, пластиков и лекарств. Эти вещества ускоряют химические реакции, делая их более эффективными, при этом сами не расходуются.

Несмотря на их важность, у ученых до сих пор не было эффективных методов изучения поведения катализаторов. Например, исследователи и промышленность часто не понимают, почему катализаторы со временем теряют эффективность. Это приводит к финансовым потерям и задержкам в производстве.

Теперь ученые из Национальной лаборатории Айдахо (INL) при поддержке Министерства энергетики США разработали новый метод исследования катализаторов — SpectroTAP. Он объединяет две технологии: «Temporal Analysis of Products» (TAP) и операндную спектроскопию.

«Большинство методов анализа катализаторов изучают только их статические свойства или продукты реакции. Понимание поведения катализаторов во время реакции критически важно для улучшения их эффективности», — пояснил Джейсон Малиция, химик из INL.

Метод TAP использует импульсы газа, которые вступают в реакцию с катализатором, а система фиксирует скорость образования новых продуктов. Операндная спектроскопия, в свою очередь, дает информацию о структуре катализатора в реальном времени, анализируя отраженный или поглощенный свет.

Разработка SpectroTAP — результат совместной работы ученых INL. Ребекка Фушими, ведущий эксперт по TAP, предложила объединить его со спектроскопией. Джеймс Питтман, специалист с 30-летним опытом, участвовал в создании прототипа реактора, а Джейсон Малиция разработал методы анализа данных.

Технологию уже протестировали на промышленном катализаторе компании Clariant, который используется для превращения пропана в пропилен — ключевой компонент пластиков.

«Наша цель — глубже понять поведение катализаторов, чтобы создать новое поколение более эффективных и экономичных решений», — добавил Малиция.

Перспективы технологии

SpectroTAP открывает путь к разработке катализаторов с повышенной селективностью, долговечностью и выходом продукта. Это может снизить энергопотребление и затраты в промышленности. В будущем технологию планируют комбинировать с другими методами спектроскопии, включая рамановскую и инфракрасную.

Рамановская спектроскопия, например, использует лазер для анализа молекулярного состава образца, что дает дополнительную информацию о химических связях.

Дополнительная информация: Jason P. Malizia et al, Pulse Response Operando Spectroscopy for Resolving Transient Dynamics in the CrOx/Al2O3 Propane Dehydrogenation Catalyst, ACS Catalysis (2025). DOI: 10.1021/acscatal.5c00593

Источник: Idaho National Laboratory