Список вспомогательных материалов для палладиевых катализаторов

Палладиевые катализаторы играют важную роль во многих химических реакциях, в частности, в гидрогенизации, окислении и образовании углерод-углеродных связей. На эффективность палладиевых катализаторов существенно влияет выбор материала опоры. Опора не только обеспечивает большую площадь поверхности для диспергирования палладия, но и влияет на стабильность, активность и селективность катализатора.

Ниже перечислены основные материалы поддержки, используемые в палладиевом катализе, каждый из которых обладает уникальными преимуществами для различных областей применения:

[1]

Рис. 1 Палладиевые катализаторы на основе углерода

1. Углеродные опоры

• Активированный уголь (Pd/C): Активированный уголь, являясь одним из наиболее распространенных материалов поддержки, обеспечивает высокую площадь поверхности для диспергирования палладия. Pd/C особенно эффективен в реакциях гидрирования и тонком химическом синтезе. Высокая пористость и стабильность углерода способствуют возможности многократного использования катализатора.
• Углеродные нанотрубки (Pd/CNT): Углеродные нанотрубки обладают еще большей площадью поверхности и отличной проводимостью по сравнению с активированным углем. Благодаря высокой термической и химической стабильности они часто используются в таких передовых приложениях, как топливные элементы и датчики.

2. Глинозем (Al2O3)

• Палладий на глиноземе (Pd/Al2O3): Глинозем является широко используемой опорой благодаря своей высокой термической стабильности и способности выдерживать высокотемпературные реакции. Pd/Al2O3 обычно используется в процессах каталитического риформинга и дегидрирования, где устойчивость к высоким температурам имеет решающее значение.
• Гамма-глинозем: эта форма глинозема известна своей высокой площадью поверхности и настраиваемыми кислотными свойствами, которые могут быть адаптированы для конкретных реакций, таких как селективное окисление или гидрогенизация.

3. Кремнезем (SiO2)

• Палладий на кремнеземе (Pd/SiO2): Кремнезем обладает высокой площадью поверхности и часто используется в реакциях, требующих нейтральной поддержки. Pd/SiO2 особенно эффективен в таких реакциях, как гидрогенизация и дегидрогенизация органических соединений. Стабильность и низкая кислотность диоксида кремния делают его пригодным для процессов, в которых нежелательно взаимодействие кислот с опорой.

4. Цеолиты

• Палладий на цеолитах (Pd/Zeolite): Цеолиты, обладающие высокоупорядоченной пористой структурой, обеспечивают уникальные каталитические свойства благодаря своим кислотно-основным характеристикам и селективности формы. Pd/цеолитные катализаторы часто используются в таких реакциях, как селективное гидрирование и гидрокрекинг, где размер и форма пор могут определять каталитическую активность.
• Иерархические цеолиты: Эти цеолиты имеют как микропоры, так и мезопоры, что обеспечивает улучшенный доступ для крупных молекул и лучшую стабильность, особенно в таких реакциях, как селективное окисление.

5. Оксиды металлов

• Палладий на диоксиде титана (Pd/TiO2): Диоксид титана - стабильный и универсальный материал поддержки. Pd/TiO2 используется в таких реакциях, как гидрирование и окисление, где поддержка титана играет роль в переносе электронов и фотокатализе, особенно под действием ультрафиолетового света.
• Палладий на диоксиде циркония (Pd/ZrO2): Цирконий используется благодаря своей высокой стабильности при высоких температурах. Pd/ZrO2 эффективен в таких реакциях, как селективное гидрирование и окисление, где важны как каталитические свойства палладия, так и термическая стабильность циркония.

6. Магнезия (MgO)

• Палладий на магнезии (Pd/MgO): Оксид магния поддерживает палладий в реакциях, где важны как основные, так и термические свойства. Катализаторы Pd/MgO особенно полезны в процессах каталитической гидрогенизации и риформинга.

7. Графен

• Палладий на графене (Pd/Graphene): Графен, обладающий высокой площадью поверхности, электропроводностью и механической прочностью, все чаще используется в качестве опоры для палладия. Pd/графеновые катализаторы высокоэффективны в гидрогенизации и топливных элементах, обладают улучшенными электронными свойствами и активностью.

8. Полимерные опоры

• Палладий на полимерах (Pd/Polymer): Полимеры, такие как полистирол или полиэтилен, могут быть использованы для поддержки палладия в специализированных реакциях, часто в жидкофазном катализе. Эти опоры могут обеспечить уникальную селективность и стабильность в каталитических процессах с участием органических растворителей.

9. Металлические опоры

• Палладий на золоте (Pd/Au): В некоторых случаях золото используется в качестве опоры для палладия благодаря его уникальным электронным свойствам. Катализаторы Pd/Au особенно эффективны в некоторых типах реакций окисления и гидрирования, где поверхность золота усиливает активность палладия.
• Палладий на меди (Pd/Cu): Медь поддерживает палладий в реакциях, требующих баланса окислительных и восстановительных свойств. Катализаторы Pd/Cu часто используются в таких процессах, как гидрогенизация и селективное окисление.

Катализаторы на основе палладия на различных опорах

В этой таблице представлены различные вспомогательные материалы, используемые для катализа на основе палладия, их отличительные свойства и соответствующие области применения. Дополнительную информацию можно найти в Stanford Advanced Materials (SAM).

Заключение

Выбор материала поддержки для палладиевых катализаторов играет важную роль в определении эффективности, стабильности и селективности катализатора в различных реакциях. Оптимизируя взаимодействие между палладием и его опорой, исследователи и инженеры могут повысить эффективность реакций и расширить сферу применения палладиевого катализа в современных химических процессах.

Ссылки:

[1] Роман М. Мироненко, Ольга Б. Бельская, Татьяна И. Гуляева, Михаил В. Тренихин, Владимир А. Лихолобов, Наночастицы палладия на углеродных наноглобулах как эффективные катализаторы для получения бензокаина путем селективного гидрирования этил 4-нитробензоата, Catalysis Communications, Volume 114, 2018, Pages 46-50, ISSN 1566-7367, https://doi.org/10.1016/j.catcom.2018.06.002.