Группа химиков из Университета Торонто (Канада) открыла экологически чистые, основанные на применении наночастиц железа катализаторы, которые работают не хуже традиционных дорогих и токсичных катализаторов на драгоценных металлах, широко используемых в фармацевтической, пищевой и косметической промышленности (для реакций каталитического асимметричного гидрирования, каплинга, полимеризации и т. п.). Статья, посвящённая полученным результатам, вышла в издании Journal of the American Chemical Society.

Исследование, возглавляемое Робертом Моррисом, состояло из нескольких этапов. Концентрируя внимание исключительно на наноразмерных частицах, учёные начали именно с железа. Затем к работе подключили электронный микроскоп — дабы наглядно убедиться в том, что наночастицы железа действительно были синтезированы. Следующий шаг заключался в выяснении того, являются ли наночастицы железа активными катализаторами. Эта часть проекта выполнялась с помощью экспериментов с полимером и каталитическим ядом, в ходе которых было показано, что только поверхностные атомы железа в наночастице являются каталитически активными.

Рис. 1. Каталитическое гидрирование на наночастицах железа в присутствии органического лиганда на их поверхности (иллюстрация Robert Morris / University of Toronto).

Однако мало найти новый металл, способный заменить дорогие аналоги. Дешёвое железо или дорогой палладий требуют сверхдорогого органического лиганда в соотношении, не меньшем чем один к одному. Только в присутствии лиганда, связанного с центральным атомом и накачивающего его электронной плотностью, проявляются эксклюзивные каталитические свойства металла. Всё это приводит к тому, что замена драгоценного металла на железо не помогает снизить цену всего процесса, особенно в промышленных масштабах.

Но, как выяснилось, здесь у наночастиц есть неоспоримое преимущество. Канадцы доказали, что

функциональная поверхность наночастиц разрешает использование куда меньших количеств дорогих органических лигандов, что самым серьёзным образом сказывается на удешевлении всего процесса органического синтеза.