ИСТИНА

В настоящий момент актуальным направлением в химической промышленности является эффективное преобразование природного газа в ценное химическое сырье. Для реализации данной задачи применяются, в частности, паровая (1) и углекислотная (2) конверсии метана, позволяющие получать синтез-газ (смесь CO и H2), являющегося важным сырьем для синтеза метанола [1] и процесса Фишера-Тропша [2]. Кроме того, углекислотная конверсия метана важна также с экологической точки зрения, поскольку позволяет эффективно использовать парниковый газ CO2, способствуя снижению уровня его выбросов в атмосферу. CH4 + H2O ⇌ CO + 3H2 (1) CH4 + CO2 ⇌ 2CO + 2H2 (2) В настоящий момент важной задачей является поиск и разработка каталитических систем для данных процессов, обладающих высокой эффективностью, стабильностью и приемлемой стоимостью. Определенный потенциал в данном направлении показывают биметаллические системы Ni–Cu [3]. Активация метана включает в себя его адсорбцию на поверхность катализатора и разрыв связи C–H. Эта стадия является одной из ключевых в механизме рассмотренных выше реакций. В данной работе методом функционала плотности проведено моделирование этой стадии на кластерах NiCu11X6(PH3)8 и NiCu11X6 (X = S, O). В основу данных моделей положены экспериментально полученные и охарактеризованные методом рентгеноструктурного анализа кластеры сульфида меди Cu12S6(PR2R')8 (R = Et, Ph; R' = Et, “Pr, Ph) [4]. Были рассчитаны структуры кластеров Cu12S6(PH3)8, Cu12S6, Cu12O6(PH3)8, Cu12O6, затем они были допированы атомом никеля, и были изучены структуры всех возможных изомеров NiCu11S6(PH3)8, NiCu11S6, NiCu11O6(PH3)8 и NiCu11O6. Последующее моделирование разрыва связи C–H в CH4 проводилось на наиболее энергетически стабильном изомере из каждой группы, энергетические барьеры этой стадии рассчитывались с использованием подхода DFT PBE. Наименьший барьер в этом процессе наблюдается для кластера NiCu11O6 (99 кДж/моль), что дает основание считать данную систему перспективной для дальнейшего изучения эффективности в процессах конверсии метана. Литература: [1] Álvarez A., Bansode A., Urakawa A., Bavykina A.V., Wezendonk T.A., Makkee M., Gascon J., Kapteijn F. // Chem. Rev. 2017. V. 117. P. 9804. [2] Mahmoudi H., Mahmoudi M., Doustdar O., Jahangiri H., Tsolakis A., Gu S., Wyszynski M.L. // Biofuels Eng. 2017. V. 2. P. 11. [3] Chatla A., Ghouri M.M., El Hassan O.W., Mohamed N., Prakash A.V., Elbashir N.O. // Appl. Catal. A: Gen. 2020. V. 602. P. 117699. [4] Dehnen S., Schläfer A., Fenske D., Ahlrichs R. // Angew. Chem. 1994. V. 106. P. 786.