Последние исследования совместной группы ученых из Китая и Европы показали, что наноалмазы могут перевернуть всю химическую промышленность. Как оказалось, эти частицы могут использоваться в качестве катализатора в одном из 10 наиболее масштабных химических процессов – при производстве стирола. Особые свойства наноалмазов делают такой катализатор почти в 3 раза более эффективным, чем вещества, применяемые для производства стирола на сегодняшний день.

Традиционный путь развития химической промышленности – это поиск более эффективных способов проведения химических реакций с целью ускорения производства и создание необходимых компонент с меньшим вредом для окружающей среды. Один из способов решить эту задачу – найти хороший катализатор для химической реакции.

Стирол – важнейшее сырье, используемое для производства полимеров, наиболее часто синтезируемые методом дегидратации этилбензола. Однако в процессе производства сырья образуется достаточно много побочных углеродосодержащих продуктов, которые осаждаются на применяемых железно-калиевых катализаторах, снижая эффективность их работы. Обычно для очищения катализаторов используется пар. Это дополнительный шаг обработки, т.е. дополнительные деньги, когда речь идет о стоимости производства.

Химики уже ни однажды предлагали альтернативные катализаторы, однако они обеспечивали либо недостаточное качество получаемого сырья, либо производили в качестве побочного продукта гремучие смеси, с которыми достаточно сложно обращаться на практике.

Теперь же группа ученых из Shenyang National Laboratory for Materials Sciences Китайской Академии Наук и из коллеги из Германии и Хорватии предложили альтернативное решение проблемы: вместо традиционных катализаторов исследователи предлагают использовать нанокристаллы алмаза.

Интерес к нанокристаллам алмаза держится на стабильно-высоком уровне последние 10 лет. На данный момент они используются в качестве полировочного материала, как добавка при производстве полимеров, и даже смазки при некоторых условиях. Синтетические нанокристаллы алмаза имеют размеры от 4 до 8 мм, при этом они имеют достаточно больше значение отношения площади поверхности к объему. Это означает, что нанокристаллы алмаза являются более активными в химических реакциях, чем другие углеродные структуры, например, нанотрубки, нанокристаллы графита и даже активированный уголь. Кроме того, они достаточно просты в производстве. К примеру, нанокристаллы, которые использовались учеными в эксперименте, на самом деле производятся в коммерческих целях.

В своих экспериментах ученые оценили активность нанокристаллов алмаза при температуре 550 градусов по шкале Цельсия при атмосферном давлении. Они обнаружили, что такой тип катализатора воздействует на реакцию по производству стирола в 2.8 раз более ярко, чем используемые на сегодняшний день в промышленности железно-калиевые катализаторы. Более того, снижающаяся по итогам реакции активность может быть восстановлена простым обдувом воздухом с температурой 400 градусов по Цельсию. В рамках эксперимента катализатор не потерял своих первоначальных свойств даже после 5 циклов реакций, суммарная длительность которых была около 120 часов.

Согласно работе, опубликованной учеными в журнале Angew. Chem. Int. Ed., столь высокая активность наноалмазов проявляется за счет их гибридной структуры электронных облаков. Правда, пока ученые еще не провели оценку экономической выгоды данной методики.

По материалам: