Катализаторы, вещества, понижающие энергетические барьеры химических реакций, используются в производстве любых коммерческих продуктов, начиная с косметики и заканчивая каталитическими конверторами в каждой машине. Однако почти всякий раз, когда речь заходит о катализаторах, имеют в виду металлы платиновой группы, стоимость которых увеличивается чуть ли не ежедневно.

Вот почему ведётся постоянный поиск недорогих минеральных катализаторов, способных заменить собой платиновые металлы.

Рис. 1. Железный пирит, он же ложное золото, он же «золото дураков» (фото Sheila Terry / Science Photo Library).

Так, исследователи из Кембриджского университета (Великобритания), проведя серьёзные теоретические расчёты электронных структур, обнаружили, что сульфид железа (минерал пирит), известный как «ложное золото», может стать одним из таких минеральных катализаторов.

Всегда считалось, что сера является самым отравляющим элементом для любых реакций, протекающих на поверхности металлических катализаторов. Она вызывает резкое падение скоростей реакций, оккупируя наиболее реакционные центры на поверхности катализатора.

Однако недавно в случае некоторых хорошо известных сульфидов (например, сульфида молибдена) были также обнаружены весьма интересные каталитические свойства.

Используя сложные расчёты электронных структур, группа исследователей под руководством Стивена Дженкинса с химического факультета Кембриджского университета изучила потенциальные каталитические возможности железного пирита, одного из самых распространённых минералов на земле.

В своём исследовании учёные сконцентрировались на возможности абсорбции и последующей конверсии ядовитых N-оксидов (NOx) в безвредный азот. Оксиды азота, помимо того что они очень токсичны, являются ещё и одним из главных компонентов газовых выбросов заводов, фабрик и машин. Так, было показано, что оба важных с точки зрения окружающей среды оксидов азота — NO и NO₂ — химически связываются на поверхности Fe-центров, в то время как S-центры остаются нереакционноспособными. Кроме того, исходя их рассчитанного высокого энергетического барьера для прямой диссоциации этих оксидов, авторы делают простой вывод, что оба азотных оксида абсорбируются молекулярно на поверхности пиритов.

Следующим шагом учёных будет исследование активности пиритных поверхностей для стратегически важных промышленных реакций, таких как получение аммиака для производства удобрений, производство синтетических углеводородов из возобновляемой биомассы и т. п.

Подробности работы британских исследователей освещены в статье:

Marco Sacchi , Martin C. E. Galbraith and Stephen J. Jenkins The interaction of iron pyrite with oxygen, nitrogen and nitrogen oxides: a first-principles study. – Physical Chemistry Chemical Physics.  – 2012. – 14. – 3627–3633; DOI: 10.1039/C2CP23558G.