Найден способ превращения железа в «благородный» металл

Пол Чёрик (Paul Chirik) и его коллеги из Принстонского университета (США) разработали способ, позволяющий превратить обычное железо в эффективный катализатор, могущий в некоторых реакциях заменить собой платину.

Платина — один из самых дорогих на Земле металлов ($22 000 за фунт) — широко используется в качестве катализатора во множестве разнообразных химических процессов. Высокая стоимость металла объясняется не только его востребованностью, но и относительной редкостью. Значительные разрабатываемые запасы есть только в России и ЮАР. Считается, что в ближайшем будущем платина будет очень востребована в автопроме — если, конечно, топливные ячейки всё же выйдут на массовый рынок. И вот тогда относительная редкость металла может стать критическим фактором для целого сектора мировой экономики. Спрос резко превысит предложение (даже без всякого злого умысла продавцов), а цена подскочит до астрономических высот. Стоит ли ждать такого развития событий? Пол Чёрик и его коллеги предпочитают готовить сани летом, пока есть время для проб и ошибок.

Вверху: одна из возможных структур платинового катализатора, в которой благородный металл находится в состоянии окисления (0); внизу: альтернативный железный(II) катализатор (здесь и ниже иллюстрации Princeton University).

Катализатором является любое вещество, которое не расходуется в реакции, но позволяет снизить энергетический (активационный) порог процесса. Благодаря своим специфическим электронным свойствам платина, как и многие другие благородные металлы (родий, иридий, палладий и т. д.), — очень эффективный катализатор, использующийся во многих производственных процессах (не считая топливных ячеек). Менее благородные металлы такой популярности не снискали, в первую очередь из-за химической нестойкости: самые разнообразные реакции окисления, протекающие в том числе при простом контакте с атмосферой, приводят к необратимой деградации такого сорта катализаторов. Правда, это рассуждение справедливо только в том случае, если проводить аналогию «в лоб», то есть пытаться вместо металлической платины использовать, например, наночастицы металлического железа. Но ведь никто не заставляет действовать «в лоб»: есть и другие пути.

Вторая стадия синтеза железного катализатора представляет собой двухэлектронное восстановление амальгамой в атмосфере азота.

Железо вспомнилось, конечно, не случайно. По сравнению с платиной этот металл не стоит ничего: за фунт железа просят около 50 центов. Да, в своей металлической форме это не очень эффективный и не очень стойкий катализатор, но учёные из Принстонского университета знают, как поднять его эффективность до платиновых высот. Для этого простой дибромид железа был превращён в комплекс с бис(иминопиридиновым) лигандом, после чего была проведена реакция двухэлектронного восстановления с двумя эквивалентами амальгамы натрия в атмосфере азота. В результате был получен стабильный бирадикальный смешаннолигандный комплекс железа (обратите внимание: координационную сферу железа насыщают две молекулы азота, выполняющие, очевидно, при железе роль обратимо диссоциирующих лигандов), способный эффективно катализировать многие органические превращения, включая реакцию окисления в топливных ячейках.

За дополнительными подробностями можно обратиться к страничке Пола Чёрика на сайте Принстонского университета.

Подготовлено по материалам The New York Times.