Кобальт грозится перевернуть мир промышленных катализаторов

В статье, опубликованной в журнале Angewandte Chemie, сотрудники Лос-Аламосской национальной лаборатории (США) сообщают о реальной возможности замены традиционно используемых благородных металлических катализаторов на тривиальный кобальт. Катализаторы для химии — своего рода научная альтернатива философскому камню. Они, конечно, не могут превратить свинец в золото, но всё-таки способны конвертировать одни химические вещества в другие, сохраняя при этом свою целостность. Эти вещества присутствуют едва ли не в каждом крупном промышленном химическом процессе и даже в каждом автомобиле, где они конвертируют токсичные недогоревшие выхлопы в более безобидные газы. Однако и катализаторы не лишены недостатков, и главный из них — цена. Дело в том, что самые эффективные из них — ещё и самые драгоценные, причём в прямом смысле слова. Такие катализаторы чаще всего основаны на использовании благородных металлов — платины, палладия, родия или рутения, запасы которых опасно ограничены. Без настоящего философского камня постоянное удорожание благородных металлов и их исчезающие запасы могут превратить многие промтовары в непозволительную роскошь. Единственный выход из создавшегося положения — разработка альтернативных катализаторов на основе относительно распространённых и недорогих металлов. Но это проще сказать, чем сделать! Химическая устойчивость благородных металлов является залогом стабильности и высокой эффективности катализаторов на их основе, в то время как другие переходные металлы легко подвергаются необратимым трансформациям и быстро теряют свою активность.

Справа — новый кобальтовый комплексный катализатор, активирующий восстановления двойных связей водородом.

Кобальт, подобно железу и другим переходным металлам в периодической системе, относительно дёшев и распространён, но точно так же склонен вступать в необратимые трансформации, которые приводят к деградации катализатора. Настоящим прорывом стала идея учёных из Лос-Аламоса, которым удалось «закрыть» атом кобальта в структуру комплекса таким образом, что его химическое поведение стало неотличимым от поведения катализаторов на основе благородных металлов.

Заметим, что природа лигандов и их число вокруг центрального атома кобальта будет зависеть от каждого конкретного случая. Если благородные металлы в большинстве случаев обходятся несколькими стандартными лигандами (пусть даже их эффективность не всегда максимальна), то с кобальтом придётся проводить отдельное и затратное исследование по подбору адекватных лигандов. Это, конечно, недостаток. Тем не менее альтернатива благородным и драгоценным металлам всё-таки существует.