Ученые Института нефте- и углехимического синтеза ИГУ разработали уникальные классы палладиевых катализаторов двух типов, которые по своим характеристикам в некоторых случаях превосходят мировые стандарты. Этот результат закреплен и подтвержден патентами Российской Федерации и публикациями в рейтинговых научных журналах. Также уже получен фундаментальный, но при этом имеющий прикладное значение результат - разработан новый метод, значительно упрощающий исследование каталитических процессов.
«За последние годы у нас выкристаллизовалось лидирующее научное направление. Оно плотно связано с такими понятиями как энергоэффективность - создание основ технологий, позволяющих создавать более энергоэффективные процессы, зеленая химия - стремление к атомэкономным процессам, химия новых материалов - в нашем случае это развитие химии новых полимерных материалов, создание полимерных материалов нового поколения. Все эти понятия объединяет катализ (ускорение химических реакций). Мы сосредоточились на разработке новых катализаторов, а также на исследовании реакций и процессов, позволяющих понять принципы функционирования этих катализаторов», - рассказал директор НИИ нефте- и углехимического синтеза ИГУ Дмитрий Суслов.
Катализ превращений углеводородов и квантово-химическое моделирование химических процессов - это одно из приоритетных направлений, развиваемых в Иркутском государственном университете. Достигнутые в этой области результаты позволяют вузу эффективно конкурировать с ведущими мировыми исследовательскими центрами. Это направление успешно реализуется на базе двух взаимодействующих друг с другом научных подразделений ИГУ: НИИ нефте- и углехимического синтеза и лаборатории квантовой химии. Основная цель - решение фундаментальных проблем развития теории предвидения каталитического действия, развитие теоретических методов исследования, разработка новых катализаторов и новых каталитических систем для практически важных химических и нефтехимических процессов.
В Институте нефте- и углехимического синтеза реализуется пять грантов РФФИ (Российский фонд фундаментальных исследований) и четыре гранта РНФ (Российский научный фонд). Большая часть из них связана с катализом реакций кросс-сочетаний, олиго- и полимеризации, гидрирования, а также разработкой новых материалов.
Разработки такого же высочайшего класса есть у ученых-химиков ИГУ и в области полимерной химии - это разработка новых подходов к созданию новых полимерных материалов, и прежде всего, азотсодержащих материалов, а также модифицирование природных полимеров. Получение таких материалов - это результат процессов полимеризации, где ключевая роль отводится каталитическим реакциям, исследованием которых занимаются ученые.
«Сегодня постановка фундаментальных задач в области каталитических исследований, которыми занимаемся мы в Институте нефте- и углехимического синтеза, сопряжена с использованием методов квантовой химии. И это общемировая современная практика - помимо экспериментальных исследований всегда привлекать теоретические, что позволяет значительно увеличить уровень исследований», - отметил Дмитрий Суслов.
В Иркутском государственном университете разработкой и применением методов расчетной химии занимается лаборатория квантовой химии, а также созданная по гранту Минобрнауки России лаборатория квантохимического моделирования молекулярных систем. Теоретические исследования (расчеты) проводятся с использованием парка высокопроизводительных компьютеров (для примера - это вычислительные машины с 40 ядерными процессорами и оперативной памятью до 768 гигабайт). Обеспечение функционирования и бесперебойной работы вычислительной инфраструктуры осуществляется совместно со специалистами центра новых информационных технологий ИГУ.
«Необходимый инструментарий для решения задач, которые ставятся перед современной химической наукой, сейчас уже не ограничивается только экспериментом. Это связано с возникающими как техническими, так и фундаментальными сложностями. Результаты эксперимента иногда просто невозможно объяснить без привлечения теоретических методов исследования. Провести квантовохимическое моделирование возможных маршрутов реакций, оценить предпочтительность того или иного маршрута, а уже затем проводить эксперимент часто оказывается экономически более эффективно. Сейчас это выходит на такой уровень, что нам удается даже предсказать возможные продукты и влияние начальных условий на их состав и соотношение», - подчеркнул руководитель лаборатории квантохимического моделирования молекулярных систем ИГУ Владимир Орел.
Он выделил два основных направления, которыми занимаются химики-теоретики ИГУ. Первое, реализующееся в тесном контакте с химиками-экспериментаторами из Иркутского института химии СО РАН - исследование осуществляющихся в суперосновных средах реакций с участием ацетилена, одного из ключевых продуктов газо-, угле- и нефтепереработки.
Второе направление, выполняемое в контакте с зарубежными коллегами из Германии, посвящено разработке теоретических методов исследования молекул для решения задач молекулярной спектроскопии, в частности, интерпретации спектров, полученных в синхротронных центрах мирового уровня. Справиться с этой задачей можно только совместными усилиями с применением экспериментальных и теоретических методов.
Актуальность и высокий уровень исследований квантовых химиков ИГУ подтверждается публикациями в ведущих международных журналах из первого и второго квартилей по данным Web of Sciеnce.
Совместная работа химиков-экспериментаторов и химиков-теоретиков ИГУ, ведущаяся в рамках катализа превращений углеводородов, а также квантово-химического моделирования механизмов новых реакций ацетилена и спектральных характеристик молекул, позволит определить направления создания наиболее эффективных катализаторов и условия их применения для получения продуктов промышленного и тонкого органического синтеза. Эти исследования выходят за рамки внутреннего взаимодействия двух научных подразделений ИГУ и осуществляются в тесном контакте с коллегами из российских и зарубежных институтов. Полученные уже сегодня результаты и открывающиеся перспективы развития этого направления значительно повышают статус Иркутского государственного университета как ведущего научно-исследовательского учреждения и выступают для вуза драйверами роста в мировом научном пространстве.
