Инженерные разборы, кейсы Aspen HYSYS, патенты и технологии ежедневно в Telegram.
Манчестерские ученые создали одноатомный катализатор Ru-N4 для расщепления лигнина
Манчестерские учёные создали одноатомный катализатор Ru-N4, который расщепляет лигнин в мягких условиях. Катализатор селективно разрушает связи C-O и C-C в биомассе, превращая её в ценные ароматические мономеры. Разработка открывает путь к рентабельной переработке растительных отходов.
Атомный катализатор раскрывает скрытую ценность растительных отходов
Новый катализатор атомного масштаба может превращать трудноразлагаемые растительные отходы в ценные химические вещества, которые сегодня обычно получают из нефти.
Дата: 25 августа 2026 года
Источник: Университет Манчестера
Краткое содержание: Ученые создали высокоэффективный катализатор, который расщепляет устойчивый лигнин из растительных отходов на полезные химические вещества в относительно мягких условиях. Благодаря точному пониманию того, как катализатор работает на атомном уровне, это открытие может помочь превратить лесные и сельскохозяйственные отходы в возобновляемое сырье для производства топлива, пластмасс и других материалов.
Поделиться: Facebook, Twitter, Pinterest, LinkedIn, Email
Полный текст статьи
Лигнин на растительной основе переосмыслен как платформа для сверхэффективных катализаторов, которые могут сделать химию более устойчивой.
Изображение предоставлено: The University of Manchester
Лигнин придает растениям значительную часть их структурной прочности и представляет собой крупнейший возобновляемый источник ароматических химических веществ в природе. Он может составлять значительную долю — до 35% — отходов биомассы сельского и лесного хозяйства. Однако сложная молекулярная структура лигнина делает его, как известно, чрезвычайно трудным для эффективного расщепления, что ограничивало его потенциальное использование в устойчивом производстве.
В исследовании, опубликованном в ACS Catalysis, международная команда, в которую вошли доктор Кристофер Парлетт, Синьюэ Чжоу и Ютао Цзян с кафедры химической инженерии, разработала высокоэффективный «одноатомный катализатор». Исследователи также определили на молекулярном уровне, как катализатор разрывает прочные химические связи, которые помогают удерживать лигнин вместе.
Катализатор содержит отдельные атомы рутения, внедренные в углеродный материал, легированный азотом. Благодаря тому, что атомы рутения остаются изолированными, такая конструкция обеспечивает высокую каталитическую активность, требуя при этом лишь очень небольшого количества металла, что повышает эффективность по сравнению с обычными системами.
Как катализатор расщепляет лигнин
Одним из постоянных препятствий в исследовании лигнина было точное определение того, какие части катализатора отвечают за разрыв необычно прочных химических связей материала. Без этой информации исследователи имели ограниченные ориентиры для разработки более эффективных катализаторов.
Команда обнаружила, что особая атомная конфигурация, известная как центр Ru–N4, особенно важна. Эти центры активируют молекулы кислорода и способствуют инициированию разрыва как связей углерод–кислород, так и связей углерод–углерод в лигнине.
Используя сочетание лабораторных экспериментов и компьютерного моделирования, исследователи смогли детально воспроизвести процесс. Сначала катализатор активирует кислород, образуя высокоактивные частицы. Затем эти частицы атакуют лигнин и расщепляют его на более мелкие молекулы.
Высокая конверсия в более мягких условиях
При испытаниях в оптимизированных условиях катализатор превращал почти все модельные соединения лигнина и давал высокие выходы ценных химических продуктов, включая фенол.
Процесс также работает в относительно мягких условиях и не требует агрессивных химикатов. Такое сочетание может сделать этот подход полезным для разработки более устойчивых методов химического производства.
Исследователи пошли дальше упрощенных модельных соединений и испытали катализатор на реальном лигнине, полученном из нескольких источников биомассы. Он успешно превращал эти образцы в полезные ароматические соединения, которые потенциально могут стать строительными блоками для топлива, пластмасс и других материалов.
Потенциальный путь к химикатам на основе биомассы
Полученные результаты дают более детальную картину того, как одноатомные катализаторы действуют при переработке биомассы. Это понимание может послужить руководством для разработки более эффективных каталитических систем в будущем.
«Понимание того, как именно эти катализаторы работают на атомном уровне, позволяет нам создавать более совершенные материалы для превращения возобновляемых ресурсов в ценные химические вещества», — заявил доктор Кристофер Парлетт, лектор кафедры химической инженерии.
Облегчая повышение ценности лигнина и превращение его в продукты с более высокой добавленной стоимостью, исследование может поддержать более широкий переход от традиционного линейного производства химикатов на основе нефти к более циклической экономике, основанной на биомассе.
Связанные темы
Растения и животные: Сельское хозяйство и продовольствие; Продовольствие и сельское хозяйство; Исчезающие растения
Материя и энергия: Инженерия и строительство; Энергия и ресурсы; Материаловедение
Земля и климат: Энергия и окружающая среда; Устойчивое развитие; Науки об окружающей среде
Связанные термины
Возобновляемая энергия; Нанотехнология; Нефтеперерабатывающий завод; Лесное хозяйство; Радиоактивные отходы; Ископаемое топливо; Мертвая зона (экология)
Источник истории
Материалы предоставлены Университетом Манчестера. Оригинальный текст написан Энной Бартлетт.
Примечание: Содержание может быть отредактировано по стилю и объему.
Ссылка на журнал
Yingxiang Zhao, Yingjie Zhao, Xinyue Zhou, Haiwei Guo, Qiqi Yin, Yutao Jiang, Haiyan He, Na Liu, Gengbo Ren, Christopher M. A. Parlett, Changzhi Li.
«Unveiling the Role of Ru–N4 on Ru–N–C Single-Atom Catalyst in C–O/C–C Bonds’ Oxidative Cleavage in Lignin».
ACS Catalysis, 2026; 16 (4): 3607.
DOI: 10.1021/acscatal.5c08001
Как цитировать эту страницу
MLA:
University of Manchester. «Atomic catalyst unlocks the hidden value of plant waste». ScienceDaily. ScienceDaily, 25 August 2026. <www.sciencedaily.com/releases/2026/08/260824065601.htm>.
APA:
University of Manchester. (2026, August 25). Atomic catalyst unlocks the hidden value of plant waste. ScienceDaily. Retrieved September 6, 2026, from www.sciencedaily.com/releases/2026/08/260824065601.htm
Chicago:
University of Manchester. «Atomic catalyst unlocks the hidden value of plant waste». ScienceDaily. ScienceDaily, August 25, 2026. <www.sciencedaily.com/releases/2026/08/260824065601.htm>.
Больше материалов ScienceDaily
Похожие истории
- Простой металл может решить мировую проблему переработки пластика
3 сентября 2025 г. — Ученые из Северо-Западного университета разработали революционный катализатор на основе никеля, который может изменить способ переработки пластика в мире. Вместо трудоемкой сортировки катализатор ... - Новый непрерывный реакционный процесс может помочь превратить растительные отходы в устойчивое авиационное топливо
26 сентября 2024 г. — Ученые успешно испытали новый способ производства экологичного реактивного топлива из лигнина сельскохозяйственных отходов. Исследование продемонстрировало непрерывный процесс, который напрямую превращает лигнин ... - Новый аддитивный процесс позволяет получать лучшие и более экологичные химические продукты высокой стоимости
26 июля 2024 г. — Исследователи добились значительного прорыва, который может привести к созданию лучших и более экологичных сельскохозяйственных химикатов и товаров повседневного спроса. Используя процесс, сочетающий природные ферменты и свет, ... - Ученые изобрели яркий способ переработки пластика в жидкости, которые могут хранить водородную энергию
13 сентября 2023 г. — Ученые создали процесс, который позволяет перерабатывать большинство пластиков в химические вещества, полезные для хранения энергии, с помощью светодиодов и коммерчески доступного катализатора при комнатной ... - Метод отделения лигнина может сделать возобновляемый материал рентабельным
31 июля 2023 г. — Новый метод извлечения лигнина может помочь превратить пшеничную солому в золото. Лигнин, полученный с помощью нового метода, был нейтральным по цвету, без запаха и однородным — достижение, которое может сделать этот углеродно-нейтральный ... - Каталитический процесс с лигнином может обеспечить 100% устойчивое авиационное топливо
27 сентября 2022 г. — Недоиспользуемый природный ресурс может быть именно тем, что нужно авиационной отрасли для сокращения выбросов углерода. Исследователи сообщают об успешном использовании лигнина как пути к полностью экологичному ...
Популярное на ScienceDaily
- Помидоры содержат невидимый ингредиент с неожиданным воздействием на здоровье печени
- Ученые обнаружили клетки, которые помогают раку легких уклоняться от иммунной системы
- Первая в мире система охлаждения на тепловой энергии превращает отходящее тепло в холод
- Антарктида прибавила рекордные 695 миллиардов тонн льда всего за два года
Срочные новости часа
- ИИ превосходит людей в управлении термоядерным синтезом
- Новое слабое место смертельного рака мозга
- Таинственный сигнал может оказаться темной материей
- Наконечники стрел возрастом 80 000 лет переписывают историю
- Лягушка, скрывавшаяся на виду 100 лет
- Ученые удвоили алфавит ДНК
- Квантовые осцилляции бросают вызов ожиданиям
- Тайна акулы-молота углубляется
- Секрет морепродуктов для замедления старения
- Экстремальная засуха распространяется по Пуэрто-Рико
Популярные темы этой недели
Растения и животные: Сельское хозяйство и продовольствие; Продовольствие и сельское хозяйство; Исчезающие растения
Материя и энергия: Инженерия и строительство; Энергия и ресурсы; Материаловедение
Земля и климат: Энергия и окружающая среда; Устойчивое развитие; Науки об окружающей среде
Источник
Теги
- #Катализ
- #Лигнин
- #Одноатомные катализаторы
- #Биомасса
- #Манчестерский университет
Источник: https://www.sciencedaily.com/releases/2026/08/260824065601.htm
#Катализ #Лигнин #Одноатомные катализаторы #Биомасса #Манчестерский университет