Катализ нанесенными наночастицами металлов имеет ключевое значение для современного органического синтеза в науке и промышленности. Свойства этих катализатора можно точно настроить, контролируя состав, размер и морфологию наночастиц. Самыми распространенными катализаторами такого типа являются наночастицы палладия. Для исследования поведения катализаторов на основе наночастиц широко используется электронная микроскопия, которую обычно проводят до и после каталитической реакции. Принято считать, что увидеть одну и ту же микрообласть катализатора до и после реакции довольно сложно. По этой причине обычно исследуют случайные участки поверхности катализатора, в результате чего часто делаются неточные или даже ошибочные выводы.

Учеными Лаборатории металлокомплексных и наноразмерных катализаторов ИОХ РАН ведутся активные исследования, направленные на детальное изучение механизмов каталитических реакций. В одной из своих последних работ исследователями был предложен подход к пространственно локализованной характеристике нанесенных катализаторов в ходе реакции, т. е. удалось проследить эволюцию конкретных частиц металлического катализатора с течением времени реакции на примере кросс-сочетания по Мизороки-Хеку и Судзуки-Мияуре. Динамическое поведение отдельных атомов и наночастиц палладия в реакциях кросс-сочетания фиксировалось с нанометровой точностью за счет точной локализации каталитических центров. Было показано, что отдельные атомы палладия вымываются из носителя в раствор под действием каталитической системы, где проявляют чрезвычайно высокую каталитическую активность по сравнению с поверхностными наночастицами металла. Последние изменяли свою форму и могли перемещаться по поверхности подложки, что фиксировалось путем обработки изображений массива наночастиц нейронной сетью и их совмещения с помощью автоматически определяемых ключевых точек. Проведенное исследование с помощью электронной микроскопии, подкрепленное анализом машинного обучения, максимально приближает ученых к ответу на вопрос: «Как на самом деле протекают каталитические реакции?».

Работа выполнена в лаборатории В. П. Ананикова и опубликована в журнале Американского химического общества (Journal of the American Chemical Society, импакт-фактор = 16.383).

Данная работа получила высокую оценку международных экспертов. Обсуждение результатов данной публикации представлено на ведущих международных и отечественных научных порталах:

•‎ Chemistry World
•‎ Научная Россия
•‎ Нанометр.

Источник: Институт органической химии им. Н. Д. Зелинского
Российской академии наук.