ИССЛЕДОВАНИЕ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИ ПОЛУЧЕННЫХ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ Ni В РЕАКЦИЯХ ОРГАНИЧЕСКОГО СИНТЕЗА
Аннотация
В условиях стремительного развития устойчивой химии и возрастающих требований к снижению стоимости каталитических процессов особую актуальность приобретают исследования в области наноструктурированных материалов на основе недрагоценных металлов. В данной работе представлены результаты синтеза наноструктурированных никелевых материалов методом электрохимического осаждения из никелевого электролита на матрицу, представляющую собой анодированный алюминий с четкой наноячеистой структурой на поверхности. Предложенный подход обеспечивает возможность целенаправленного синтеза материалов с регулируемой структурной организацией. Полученные образцы характеризуются уникальной морфологией «наностолбиков» с диаметром частиц в диапазоне 150–250 нм, что подтверждено комплексным исследованием методами сканирующей электронной микроскопии и циклической вольтамперометрии. Анализ электрохимических характеристик выявил увеличение токовых характеристик по сравнению с плоскими электродами в среде 0,1 М раствора КОН, что свидетельствует о значительном росте удельной площади поверхности и доступности активных центров катализатора. Исследование каталитических свойств показало высокую активность никелевых структур в реакции гидрирования смеси непредельных жирных кислот (олеиновой и линолевой в соотношении 4:1) при атмосферном давлении. Конверсия линолевой кислоты достигала 90% в течение 100 мин реакции, при этом процесс протекал селективно: основным продуктом являлась олеиновая кислота, тогда как дальнейшее гидрирование до стеариновой кислоты происходило в минимальных количествах (выход ~1%), что соответствует данным о ступенчатом механизме гидрирования полиненасыщенных соединений. Полученные данные свидетельствуют о перспективности использования разработанного катализатора в промышленных системах, особенно в процессах гидрирования.
Для цитирования:
Тихонова А.А., Костенко Э.А., Найдина И.А., Рябков Е.Д., Яштулов Н.А. Исследование каталитической активности электрохимически полученных наноструктурированных материалов Ni в реакциях органического синтеза. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2026. Т. 69. Вып. 5. С. 82-89. DOI: 10.6060/ivkkt.20266905.6735.
Литература
Cannon A. An actionable definition and criteria for “sustainable chemistry” based on literature review and a global multisectoral stakeholder working group. RSC Sustain. 2023. V. 1. N 8. P. 2092–2106. DOI: 10.1039/d3su00217a.
Habib U., Ahmad F., Awais M., Naz N., Aslam M., Urooj M., Shabbir M.J. Sustainable catalysis: navigating challenges and embracing opportunities for a greener future. J. Chem. Environ. 2023. V. 2. N 2. P. 14–53. DOI: 10.56946/jce.v2i2.205.
Papa, V., Cao, Y., Spannenberg, A., Junge K., Beller M. Development of a practical non-noble metal catalyst for hydrogenation of N-heteroarenes. Nat. Catal. V. 3. P. 135–142. DOI: 10.1038/s41929-019-0404-6.
Tang R.F., Wang H., Dong X.A., Zhang S.H., Zhang L.L., Dong F. A ball milling method for highly dispersed Ni atoms on g-C3N4 to boost CO2 photoreduction. J. Col-loid Interface Sci. 2023. V. 630. P. 290–300. DOI: 10.1016/j.jcis.2022.10.110.
Jeong-Hwan Oh, Yong Hee Lee, Minseok Kim, Seung-Hyun Hong, Tae-Hee Kim, Sooseok Choi. Evaluation of thermal plasma-synthesized cobalt boride nanoparticles as efficient water-splitting catalysts. J. Energy Chem. 2023. V. 63. P. 109578. DOI: 10.1016/j.jece.2023.109578.
Sun L., Yuan G., Gao L., Yang J., Chhowalla M., Gharahcheshmeh M. H. Chemical vapour deposition. Nat. Rev. Methods Primers. 2021. V. 1. N 1. P. 5. DOI: 10.1038/ s43586-020-00005-y.
GangaReddy K., Reddy M.V.R. Physical vapour deposition of Zn2+ doped NiO nanostructured thin films for enhanced selective and sensitive ammonia sensing. Mater. Sci. Semicond. Process. 2023. V. 154. P. 107198. DOI: 10.1016/j.mssp.2022.107198.
Costa D.C., Fernandes M., Moura C. Laser ablation in liquid-assisted synthesis of three types of nanoparticles for enhanced antibacterial applications. Int. J. Precis. Eng. Manuf.-Green Technol. 2025. V. 12. N 8. P. 1–19. DOI: 10.1007/ s40684-025-00711-6.
Hassan S.E.D., Fouda A., Radwan A.A. Endophytic actinomycetes Streptomyces spp. mediated biosynthesis of copper oxide nanoparticles as a promising tool for bio-technological applications. J. Biol. Inorg. Chem. 2019. V. 24. P. 377–393. DOI: 10.1007/s00775-019-01654-5.
Patel M., Mishra S., Verma R. Synthesis of ZnO and CuO nanoparticles via Sol-gel method and its characteri-zation by using various techniques. Discov. Mater. 2022. V. 2. P. 1. DOI: 10.1007/s43939-022-00022-6.
Thi Ngoc Nga Dau, Viet Hung Vu, Thi Thanh Cao, Van Chuc Nguyen, Cong Thanh Ly, Dai Lam Tran, Truong Thuan Nguyen Pham, Nguyen Thai Loc, Benoit Piro, Thi Thu Vu. In-situ electrochemically deposited Fe3O4 nanoparticles onto graphene nanosheets as amperometric amplifier for electrochemical biosensing applications. Sens. Actuators B: Chem. 2019. V. 283. P. 52–60. DOI: 10.1016/j.snb.2018.11.152.
Wen L., Xu R., Mi Y., Lei Y. Multiple nanostructures based on anodized aluminium oxide templates. Nat. Nan-otechnol. 2017. V. 12. N 3. P. 244–250. DOI: 10.1038/nnano.2016.257.
Al Kiey S. A., Farag H. K., Abedin S. Z. E. Template-assisted electrodeposition of freestanding antimony, tin, and antimonytin nanowire arrays from an ionic liquid. J. Solid State Electrochem. 2024. V. 28. P. 3285–3295. DOI: 10.1007/s10008-024-05891-w.
Liu L., Concepcion P., Corma A. Non-noble metal catalysts for hydrogenation: A facile method for preparing Co nanoparticles covered with thin layered carbon. J. Catal. 2016. V. 340. P. 1–9. DOI: 10.1016/j.jcat.2016.04.006.
Mokhov V.M., Popov Y.V., Nebykov D.N. Hydrogenation of alkenes over nickel nanoparticles under atmos-pheric pressure of hydrogen. Zhurn. Org. Khim. 2016. V. 52. N 3. P. 339–343 (in Russian). DOI: 10.1134/S1070428016030040.
Ameen M., Azizan M.T., Ramli A., Yusup S., Alnarabiji M.S. Catalytic hydrodeoxygenation of rubber seed oil over sonochemically synthesized Ni-Mo/γ-Al2O3 catalyst for green diesel production. Ultrason. Sonochem. 2019. V. 51. P. 90–102. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2018.10.011.
Hu Y., Li X., Liu M., Bartling S., Lund H., Dyson P.J., Beller M., Jagadeesh R.V. Nibased nanoparticles cata-lyzed hydrodeoxygenation of ketones, ethers, and phenols to (cyclo) aliphatic compounds. ACS Sustain. Chem. Eng. 2023. V. 11. N 42. P. 15302–15314. DOI: 10.1021/acssuschemeng.3c03661.
Agarwal S., Bairagi S., Khatun M.M., Deori K. Hierarchical NiZn Solid Solution as a Highly Efficient Palladium Free Heterogeneous Catalyst for Suzuki–Miyaura Cross-Coupling Reaction. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2023. V. 15. N 34. P. 41073–41080. DOI: 10.1021/acsami.3c06500.
Bankar S.R., Kirdant S.P., Jadhav V.H. Cobalt-immobilized carbon-based nano-catalyst for CN cross coupling reaction. Res. Chem. 2022. V. 4. P. 100682. DOI: 10.1016/j.rechem.2022.100682.
Anbu Anjugam Vandarkuzhali S., Viswanathan B., Pachamuthu M.P. Fine Copper Nanoparticles on Amine Functionalized SBA-15 as an Effective Catalyst for Man-nich Reaction and Dye Reduction. J. Inorg. Organomet. Polym. 2020. V. 30. P. 359–368. DOI: 10.1007/s10904-019-01194-0.
Chen F., Sahoo B., Kreyenschulte C., Lund H., Zeng M., He L., Junge K., Beller M. Selective cobalt nanopar-ticles for catalytic transfer hydrogenation of N-heteroarenes. Chem. Sci. 2017. V. 8. N 9. P. 6239–6246. DOI: 10.1039/c7sc02062g.
Antropov A.P., Zaytsev N.K., Ryabkov Ye.D., Yash-tulov N.A., Mudrakova P.N. Manufacturing of nanopillar (ultra-dispersed) catalytically active materials through chemical engineering. Tonkie Khim. Tekhnol. 2021. V. 16. N 2. P. 105–112 (in Russian). DOI: 10.32362/2410-6593-2021-16-2-105-112.
Ryabkov E.D., Antropov A.P., Zaitsev N.K. Methods of Measuring the Depth of Nanoholes in Metallic Aluminum in the Process of High-Voltage Anodizing. Moscow Univ. Chem. Bull. 2021. V. 76. N 6. P. 388–393. DOI: 10.3103/ S0027131421060080.
Tyurin A.G. Thermodynamics of Chemical and Electro-chemical Stability of Iron, Chromium, and Nickel Solid Alloys. Chelyabinsk: Izd-vo Chelyab. Gos. Univ. 2011. 241 p. (in Russian).
Spiekermann M.L., Seidensticker T. Catalytic processes for the selective hydrogenation of fats and oils: reevaluating a mature technology for feedstock diversification. Catal. Sci. Technol. 2024. V. 14. N 16. P. 4390–4419. DOI: 10.1039/D4CY00488D.
Žula M., Grilc M., Likozar B. Hydrocracking, hydro-genation and hydro-deoxygenation of fatty acids, esters and glycerides: Mechanisms, kinetics and transport phenomena. Chem. Eng. J. 2022. V. 444. P. 136564. DOI: 10.1016/j.cej.2022.136564.
Gordina N.E., Butman M.F., Gushchin A.A., Morozov L.N., Prozorov D.A., Rybkin V.V., Smirnov N.N., Af-ineevskiy A.V., Borisova O.A., Gusev G.I., Izvekova T.V., Kvitkova E.Yu., Kunin A.V., Ovchinnikov N.L., Rumyantsev R.N., Stroganova T.E. Synthesis and regeneration of multifunctional catalysts for reduction and oxidation. Ros. Khim. Zhurn. (Journal of the Russian Chemical Society). 2025. V. 69. N 3. P. 18–38 (in Rus-sian). DOI: 10.6060/rcj.2025693.2.
Lefedova O.V., Nemtseva M.P. Liquid-phase hydro-genation of 2-nitro-2'-hydroxy-5'-methylazobenzene over skeletal nickel for the production of a photostabilizing composition. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2025. V. 68. N 9. P. 106–114 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20256809.7267.
