Исследователи из Китая заявляют, что твердый катализатор на основе сульфированного графена может оказаться дешевой и экологически безопасной альтернативой концентрированной серной кислоте, в особенности для промышленности – в отличие от серной кислоты этот катализатор может быть отделен от реакционной смеси и использован повторно.
Сяобин Фан (Xiaobin Fan) с коллегами из Университета Тяньхинь получили твердый катализатор, добавив к суспензии графена 4-бензодиазонийсульфонат. Изучение каталитической активности полученного материала в реакции гидролиза этилацетата показало, что его активность сравнима с активностью концентрированной серной кислоты и превосходит активность нафиона NR50 (Nafion NR50), коммерчески доступного твердого катализатора.
Для большинства твердых катализаторов характерно отравление кислотных центров за счет взаимодействия с водой, однако катализатор Фана сохраняет стабильность в водной среде и может быть использован повторно без потери активности, при этом не возникают трудности, характерные для отделения от реакционной смеси сернокислотного катализатора и последующей утилизации кислотных стоков.
Фан отмечает, что графену присущи уникальные механические свойства и большая площадь поверхности – и то и другое является следствием его строения – двумерной кристаллической решетки. Такой материал представляет собой идеальную платформу для прививки большого количества кислотных функциональных групп. Так как реагенты могут подходить и закрепляться с обеих сторон графенового листа, для каталитического материала, полученного сульфированием графена, практически все активные сульфоцентры будут доступны для подхода реагента.
Фан надеется протестировать новый катализатор в других реакциях, для которых требуется кислотный катализ и вода, участвующая или образующаяся в которых может отравить твердые сульфокатализаторы – гидратирование или образование сложных эфиров. Он добавляет, что в планах его исследовательской группы получить и исследовать новые типы катализаторов на основе графена.
Джеймс Кларк (James Clark), эксперт по экологически чистым химическим технологиям из Университета Йорка отмечает, что Нобелевская премия по физике этого года сделала графен одним из самых известных материалов нашего времени. Кларк даже удивлен, что работа Фана представляет собой первый пример получения катализатора на основе графена – казалось бы, что среди огромного количества исследований, посвященных графену, можно было бы найти и такие темы. Он добавляет, что – сможет ли новый материал успешно конкурировать с известными дешевыми кислотными катализаторами, покажет время, соглашаясь с тем, что назрела необходимость разработки стабильного многократно используемого кислотного катализатора, который бы не разрушался действием воды.
