Специалисты Института катализа СО РАН и ЦКП «СКИФ» выяснили, как основа влияет на работу ванадиевого катализатора, превращающего этанол в ацетальдегид. Для этого они наблюдали катализатор прямо во время реакции с помощью синхротронного излучения и машинного обучения.
Такие катализаторы устроены как тонкий слой оксида ванадия, нанесённый на носитель (основу из другого оксида). Между ними возникает электронное взаимодействие: заряд может перетекать, меняя химическое состояние ванадия, а с ним и активность катализатора. Исследователи сравнили две основы: оксид титана и оксид церия.
Опыты шли при атмосферном давлении и температуре от 50 до 300 °C, в потоке этанола и в смеси этанола с кислородом. Состояние атомов ванадия, титана и церия отслеживали методом XANES (рентгеновская спектроскопия поглощения) в режиме operando, то есть прямо в ходе реакции. Продукты определяли инфракрасной спектроскопией. Спектры обрабатывали алгоритмом машинного обучения, разработанным в Международном исследовательском институте интеллектуальных материалов ЮФУ (Ростов-на-Дону).
Основы повели себя по-разному. На оксиде титана ванадий при контакте с этанолом восстанавливался сильнее. На оксиде церия менялся не только ванадий: часть церия тоже участвовала в окислительно-восстановительных превращениях. Значит, основа не просто держит активный слой, а сама вмешивается в химию на поверхности.
Различался и набор продуктов. В присутствии кислорода на титане вместе с ацетальдегидом образовывались уксусная кислота, угарный и углекислый газ, а на церии уксусной кислоты не обнаружили. Замена основы меняет направление реакции.
Пока это лабораторный эксперимент. Результаты представил младший научный сотрудник ЦКП «СКИФ» Егор Айдаков на конференции SKIF-2026. Такие данные объясняют, почему внешне похожие катализаторы работают неодинаково, и помогут точнее подбирать их состав.
