Катализ: всестороннее исследование механизмов, методов и современных вызовов для устойчивого будущего

Представьте мир, в котором 90% всей химической продукции обязано своим существованием одному явлению, а 80% промышленных процессов просто невозможно представить без его участия. Этот мир — наша реальность, и его движущая сила — катализ. В эпоху, когда инновации и устойчивое развитие определяют будущее человечества, катализ остается одним из краеугольных камней прогресса, влияя на все, от производства удобрений, обеспечивающих продовольственную безопасность, до создания экологически чистых автомобилей и разработки новых источников энергии. Такое повсеместное влияние подчеркивает не просто значимость, но и критическую роль каталитических процессов в поддержании современного уровня жизни и развитии экономики.

Актуальность глубокого понимания каталитических процессов никогда не была столь высокой. В условиях постоянно растущего спроса на эффективные и экологически безопасные технологии, изучение механизмов катализа на атомно-молекулярном уровне, освоение передовых методов исследования и предвидение будущих направлений развития становятся ключевыми задачами для современных специалистов.

Настоящая работа представляет собой всестороннее и углубленное исследование катализа, превосходящее существующие академические обзоры. Мы погрузимся в детальный анализ атомно-молекулярных механизмов всех типов катализа, от гомогенного до ферментативного, предоставим исчерпывающее описание современных методов исследования катализаторов, подробно рассмотрим процессы дезактивации и регенерации, а также акцентируем внимание на новейших вызовах и перспективах развития, включая «зеленую» химию, биокатализ и «коктейлевые» катализаторы. Особое внимание будет уделено исторической эволюции представлений, которая привела нас к современному пониманию этого феномена. Эта работа призвана стать ценным ресурсом для студентов, аспирантов и исследователей, стремящихся к глубокому пониманию и практическому применению каталитической науки.

Введение: Открытие и фундаментальное значение катализа

Катализ, от греческого «κατάλυσις» — «разрушение», представляет собой избирательное ускорение одного из возможных термодинамически разрешенных направлений химической реакции под действием катализатора. Этот процесс поистине преобразует химический ландшафт, управляя скоростью реакций без изменения их конечного равновесия. Катализатор, при всей своей кажущейся магической способности ускорять превращения, является лишь посредником: он участвует в образовании активного комплекса на одной или нескольких стадиях реакции, но при этом восстанавливает свой химический состав после каждого цикла промежуточных взаимодействий и не расходуется, что является фундаментальным отличием от обычных реагентов.

Ключевые свойства катализаторов заключаются в их способности значительно ускорять скорость химических реакций – от 10² до 10¹⁰ раз и даже более – и обеспечивать высокую селективность, то есть направленное образование конкретного целевого продукта. Важно подчеркнуть, что катализатор не инициирует реакцию, которая термодинамически невозможна, а лишь изменяет скорость уже происходящей реакции. При этом он не изменяет положение химического равновесия, а лишь помогает системе быстрее достичь этого равновесия.

Масштаб применения катализа поражает воображение. Это явление настолько распространено в природе, где большинство биологических процессов являются каталитическими и управляются ферментами, что его повсеместное использование в технике было лишь вопросом времени. Сегодня около 90% всей химической продукции и 80% всех промышленных процессов связаны с использованием катализаторов. По некоторым оценкам, до 35% мирового валового внутреннего продукта (ВВП) зависит от каталитических технологий, что подчеркивает их фундаментальное значение для глобальной экономики и благосостояния человечества. Задумайтесь, насколько глубоко катализ интегрирован в нашу повседневность, обеспечивая комфорт и прогресс!

Историческая эволюция представлений о катализе: от первых наблюдений до современных подходов

История катализа — это не просто перечень открытий, а увлекательный рассказ о том, как человечество постепенно разгадывало одну из самых глубоких тайн природы, переходя от случайных наблюдений к систематическому научному осмыслению и, наконец, к целенаправленному дизайну каталитических систем.

Путь развития каталитической науки принято отсчитывать с начала XIX века. Одним из первых зафиксированных примеров кислотного катализа стала работа Константина Кирхгофа 1811 года по сернокислотному гидролизу крахмала. В этой реакции, по сути, впервые было продемонстрировано, как небольшое количество вещества (серной кислоты) способно многократно ускорять химическое превращение другого вещества (крахмала) в глюкозу, при этом оставаясь неизменным.

В период с 1813 по 1823 годы работы Луи Тенара, братьев Дэви и Иоганна Деберайнера заложили основы сознательного применения металлов для ускорения химических реакций. Деберайнер, например, обнаружил, что платина способна катализировать окисление водорода кислородом, что привело к созданию его знаменитой «лампы Деберайнера». Эти ранние наблюдения, хотя и не сопровождались полным теоретическим осмыслением, стали предвестниками эры активного исследования каталитических явлений.

В 1835 году шведский учёный Йёнс Якоб Берцелиус, обобщив разрозненные наблюдения, предложил общий термин «катализ» (от греч. κατάλυσις — «разрушение», «растворение») для обозначения процессов, в которых вещество «разрушает» химические связи или способствует их образованию без собственного расходования. Это стало важным шагом в систематизации знаний и формировании новой научной области.

На рубеже XIX и XX веков дальнейшее развитие классических теорий катализа было неразрывно связано с концепцией промежуточных соединений. Вильгельм Оствальд, один из пионеров физической химии, не только дал катализу современное определение, подчеркнув его роль в ускорении реакции без изменения термодинамического равновесия, но и заложил основы для понимания того, что катализатор действует через образование нестабильных промежуточных комплексов. Майкл Фарадей, известный своими работами по электромагнетизму, также внес вклад в понимание поверхностных явлений в гетерогенном катализе, изучая адсорбцию газов на металлах.

В XX веке каталитическая наука пережила бурный рост, обогатившись фундаментальными теориями и экспериментальными подтверждениями. Советские учёные, такие как Николай Семёнов, разработавший радикально-цепную теорию, и Владимир Воеводский, внесли значительный вклад в понимание кинетики и механизмов каталитических процессов, особенно в газофазных реакциях. Георгий Боресков, один из основоположников отечественной школы катализа, сформулировал современное определение катализа, акцентируя внимание на его специфичности и механизме действия через изменение пути реакции.

Начиная со второй половины XX века и по сей день, катализ активно интегрируется с новыми научными направлениями, в первую очередь с нанотехнологиями. Разработка наноразмерных катализаторов с контролируемой морфологией и электронной структурой открыла беспрецедентные возможности для повышения их активности, селективности и стабильности. Переход к нанотехнологическим подходам позволил создавать катализаторы с уникальными свойствами, такими как квантово-размерные эффекты, что привело к появлению новых концепций, таких как синергетический катализ и катализ на единичных атомах. Этот путь развития демонстрирует, как наука о катализе постоянно адаптируется и эволюционирует, отвечая на вызовы времени и открывая новые горизонты для химической промышленности и фундаментальных исследований.

Классификация и основные типы катализа: Гомогенный, гетерогенный и микрогетерогенный

Каталитические процессы отличаются поразительным разнообразием, и для их систематизации используется классификация, основанная на фазовом состоянии участников реакции и механизме действия катализатора. Эта систематизация позволяет лучше понять природу каталитических явлений и целенаправленно разрабатывать новые каталитические системы.

Гомогенный катализ

В гомогенном катализе катализатор и реагирующая система находятся в одинаковом фазовом состоянии, чаще всего в жидком или газообразном. При этом катализатор равномерно распределён в объёме реакционной смеси на атомном или молекулярном уровне. Классическим примером может служить кислотный катализ сложных эфиров или реакции гидрирования олефинов с использованием металлокомплексных катализаторов, таких как катализатор Уилкинсона. Механизм действия гомогенных катализаторов часто связан с образованием промежуточных соединений (интермедиатов) с одним из реагентов, что приводит к снижению энергии активации реакции. Эти интермедиаты, обладая меньшей стабильностью, чем исходные реагенты, легче вступают в дальнейшие превращения, после чего катализатор регенерируется.

Гетерогенный катализ

Гетерогенный катализ осуществляется, когда катализатор и реагирующая система находятся в различных фазовых состояниях. Наиболее распространенный случай — твёрдый катализатор, ускоряющий реакцию между газообразными реагентами или реагентами в растворе. Примеры включают синтез аммиака на железном катализаторе или окисление сернистого ангидрида на оксиде ванадия(V) в производстве серной кислоты. Основные процессы в гетерогенном катализе протекают на поверхности раздела фаз, где реагенты адсорбируются на активных центрах катализатора, взаимодействуют, образуют продукты, которые затем десорбируются с поверхности. Это позволяет легко отделять катализатор от продуктов реакции, что является одним из его ключевых преимуществ в промышленности.

Микрогетерогенный катализ

Микрогетерогенный катализ занимает промежуточное положение между гомогенным и гетерогенным. Он включает системы, где катализаторы представлены полимерными или коллоидными частицами, такими как мицеллы, а также ферментативный и гель-иммобилизованный катализ. В этих системах катализатор распределен в объеме, но не на молекулярном уровне, а в виде диспергированных частиц, создающих локализованные микросреды, способствующие реакции. Ферментативный катализ, где ферменты, будучи макромолекулами, действуют как специализированные нанореакторы, является ярким примером микрогетерогенности.

Классификация по механизму действия

По механизму действия катализаторы также подразделяются на несколько типов:

• Кислотно-основный катализ связан с переносом протонов (H⁺). Кислотные катализаторы (например, серная кислота, цеолиты) действуют как доноры протонов, а основные катализаторы (щелочи, амины) — как акцепторы протонов, облегчая образование или разрыв связей.
• Окислительно-восстановительный катализ основан на переносе электронов между реагентами и катализатором. Многие переходные металлы и их соединения являются эффективными окислительно-восстановительными катализаторами, участвуя в изменении степеней окисления реагентов.
• Металлокомплексный катализ является частным случаем гомогенного катализа, где катализатором выступают комплексы переходных металлов с органическими лигандами. Эти комплексы обладают высокой активностью и селективностью, особенно в реакциях органического синтеза.

Физически инициируемый катализ

Помимо классических химических подходов, существуют также каталитические процессы, инициируемые сильным физическим воздействием:

• Фотокатализ — это ускорение химических реакций под действием света, при котором катализатор (фотокатализатор) поглощает фотоны и генерирует активные частицы (электроны, дырки, радикалы), способные инициировать или ускорять реакции. Широко применяется для очистки воды и воздуха, а также для получения водорода из воды.
• Электрокатализ — это ускорение электрохимических реакций на поверхности электрода под действием катализатора. Он играет ключевую роль в топливных элементах, электролизе воды и производстве различных химических продуктов, где требуется снижение перенапряжения электрохимических процессов.

Эти разнообразные типы катализа, каждый со своими уникальными особенностями и механизмами, формируют обширное поле для фундаментальных исследований и прикладных разработок, открывая путь к созданию новых, более эффективных и устойчивых химических технологий.

Теории и механизмы катализа на атомно-молекулярном уровне

Катализ, по своей сути, является мастерским манипулированием энергетическими барьерами химических реакций. Катализаторы не изменяют начальное и конечное энергетическое состояние системы, а лишь предлагают альтернативный, энергетически более выгодный путь реакции, снижая энергию активации. Понимание этого процесса на атомно-молекулярном уровне стало возможным благодаря развитию нескольких фундаментальных теорий.

Теория переходного состояния (активированного комплекса)

В основе многих каталитических процессов лежит теория переходного состояния, также известная как теория активированного комплекса. Она постулирует, что в ходе химической реакции реагирующие частицы не сталкиваются напрямую, а проходят через неустойчивое, короткоживущее промежуточное состояние – активированный комплекс. Для достижения этого комплекса требуется определенный энергетический барьер, называемый энергией активации.

Роль катализатора заключается в изменении механизма реакции таким образом, чтобы он включал образование новых, менее энергоемких активированных комплексов. Катализатор вступает во взаимодействие с молекулой одного из реагентов, образуя промежуточное соединение (интермедиат). В этом интермедиате химические связи исходных реагентов ослабляются, делая их более реакционноспособными. Последующее взаимодействие интермедиата со вторым реагентом происходит уже с меньшей энергией активации. Таким образом, катализатор не «разрушает» барьер, а «прокладывает» новую, более низкую дорогу через энергетический ландшафт реакции. Активированный комплекс представляет собой динамическую структуру, настолько нестабильную (время жизни порядка 10^-13 с), что его прямое экспериментальное обнаружение чрезвычайно затруднительно.

Адсорбционная теория гетерогенного катализа

В гетерогенном катализе, где катализатор и реагенты находятся в разных фазах (например, газ на поверхности твердого катализатора), ключевую роль играет адсорбционная теория. Она объясняет, что каталитические процессы происходят на поверхности раздела фаз, где молекулы реагентов сначала накапливаются (адсорбируются) на активных центрах поверхности катализатора.

Различают два основных типа адсорбции:

• Физическая адсорбция (физисорбция): Связана с относительно слабыми силами Ван-дер-Ваальса (диполь-дипольные, дисперсионные силы). Она не приводит к образованию новых химических связей и обычно происходит при низких температурах. Молекулы адсорбата легко десорбируются, и их электронная структура практически не меняется.
• Химическая адсорбция (хемосорбция): Характеризуется образованием химических связей (ковалентных, ионных) между адсорбатом и поверхностью катализатора. Это более сильное взаимодействие, сопровождающееся значительными изменениями в электронной структуре молекул реагентов, что делает их более реакционноспособными. Хемосорбция обычно происходит при более высоких температурах.

В рамках адсорбционной теории были разработаны более детализированные концепции:

Мультиплетная теория Баландина (1929)

Алексей Александрович Баландин разработал мультиплетную теорию, которая стала одной из первых систематических попыток объяснить селективность гетерогенного катализа. В ее основе лежит принцип структурного (геометрического) и энергетического соответствия. Теория предполагает, что активными центрами на поверхности катализатора являются мультиплеты — небольшие группировки из нескольких атомов (обычно 2, 3, 4 или 6) кристаллической решётки катализатора, имеющие определённую пространственную конфигурацию. Реагирующие молекулы (так называемые «индексные группы») должны комплементарно располагаться на этих мультиплетах, как ключ в замке. Энергетическое соответствие означает, что энергия взаимодействия реагентов с мультиплетом должна быть оптимальной: не слишком слабой (иначе не будет хемосорбции) и не слишком сильной (иначе продукты не смогут десорбироваться).

Теория активных центров Тейлора (1931)

Хью Стотт Тейлор, изучая гетерогенный катализ, пришел к выводу, что не вся поверхность катализатора одинаково активна. Его теория активных центров постулирует, что катализ протекает на особых участках поверхности твёрдого катализатора, которые представляют собой различные кристаллические структуры, дефектные участки (изломы, ступени, вакансии), углы или ребра кристаллов. Эти «активные центры» обладают уникальной электронной и геометрической структурой, позволяющей им эффективно связывать реагенты и ускорять их превращения.

Принцип Сабатье

Французский химик Поль Сабатье сформулировал важный принцип, который можно рассматривать как предтечу и дополнение к вышеупомянутым теориям. Он утверждал, что оптимальное взаимодействие поверхности катализатора и адсорбированных реагентов должно быть «золотой серединой» — не слишком слабым, чтобы обеспечить достаточную адсорбцию и активацию, и не слишком сильным, чтобы продукты могли легко десорбироваться, освобождая активные центры для новых молекул. Этот принцип лег в основу современных представлений о поиске оптимальных каталитических материалов.

Молекулярные механизмы ферментативного катализа (биокатализ)

Ферменты — биологические катализаторы, в основном белки, обладающие поразительной эффективностью и специфичностью. Молекулярные механизмы ферментативного катализа определяются уникальной структурой их активных центров. Ферменты ускоряют реакции, снижая энергию активации субстрата, часто путем его деформации или изменения электронных оболочек.

Выделяют два основных механизма ферментативного катализа:

Кислотно-основный катализ в ферментах

Многие ферменты используют кислотно-основный катализ, в котором функциональные группы активного центра действуют как доноры или акцепторы протонов. Например, остатки гистидина, лизина, глутаминовой или аспарагиновой кислоты могут ионизироваться, создавая локальные кислотные или основные центры. Эти группы могут протонировать или депротонировать субстрат или переходное состояние, стабилизируя его и снижая энергию активации.

Ковалентный катализ

Ковалентный катализ в ферментах основан на формировании временной ковалентной связи между субстратом и нуклеофильными (например, остатки серина, цистеина, гистидина) или электрофильными группами активного центра фермента. Образовавшийся ковалентный интермедиат затем реагирует с другим субстратом или молекулой воды, высвобождая продукт и регенерируя фермент. Этот механизм позволяет создавать высокоактивные промежуточные состояния.

Этапы действия ферментов

Механизм действия ферментов можно представить как последовательность стадий:

1. Сближение и ориентация субстрата: Фермент привлекает субстрат и ориентирует его в оптимальное для реакции положение.
2. Образование фермент-субстратного комплекса (ES): Субстрат связывается с активным центром фермента.
3. Преобразование в переходный комплекс (ES^# или EP^#): В активном центре происходят химические превращения, приводящие к образованию высокоэнергетического переходного состояния.
4. Превращение в фермент-продуктный комплекс (EP): Переходный комплекс распадается, образуя продукты, которые все еще связаны с ферментом.
5. Отделение продукта и регенерация фермента: Продукты покидают активный центр, и фермент возвращается в исходное состояние, готовый к новому циклу.

Теории комплементарности: «Ключ-замок» Фишера (1894) и «индуцированного соответствия» Кошланда (1958)

Понимание того, как ферменты связывают субстраты, эволюционировало от двух ключевых моделей:

• Теория «ключ-замок» Эмиля Фишера (1894): Фермент рассматривался как жёсткая матрица, комплементарная структуре субстрата, подобно тому, как ключ подходит к замку. Это объясняло высокую специфичность ферментов.
• Теория «индуцированного соответствия» Дэниела Кошланда (1958): Эта теория развила концепцию Фишера, предложив, что активный центр фермента не является абсолютно жёстким. При связывании субстрата фермент подвергается конформационным изменениям, «подгоняя» свою форму под субстрат, а субстрат, в свою очередь, может «навязывать» активному центру свою форму. Эти взаимные изменения приводят к оптимальной ориентации функциональных групп и максимальной каталитической эффективности.

Эти теории, развиваясь и дополняя друг друга, позволяют нам глубже проникать в тайны каталитических превращений и создавать новые, более эффективные и специфичные каталитические системы.

Структура, функции и современные методы исследования катализаторов

Эффективность катализатора напрямую зависит от его структуры и функциональных характеристик. Понимание того, как устроены катализаторы, как они работают и какие методы используются для их исследования, является краеугольным камнем в их разработке и оптимизации.

Катализаторы можно классифицировать по их структурной организации:

• Массивные катализаторы: Состоят целиком из активного каталитического компонента. Примеры включают металлические губки или оксидные блоки.
• Нанесенные катализаторы: Активный компонент (например, благородный металл, оксид) диспергирован на поверхности инертного или малоактивного материала, называемого носителем. Носитель служит для стабилизации частиц активной каталитической фазы, предотвращая их агломерацию или спекание, что позволяет сохранить высокую удельную поверхность и дисперсность. Распространенные носители включают оксид алюминия (Al₂O₃), диоксид кремния (SiO₂), цеолиты, активированный уголь.
• Закрепленные катализаторы: Активный центр катализатора (например, металлокомплекс) химически прикреплен к инертному телу, часто полимерной матрице или поверхности неорганического носителя. Это позволяет сочетать преимущества гомогенного катализа (высокая активность и селективность) с удобством отделения, характерным для гетерогенных систем.

Важной характеристикой является удельная каталитическая активность — отношение скорости реакции к поверхности катализатора. Она определяется не только общим количеством катализатора, но и химическим составом, строением и дисперсностью активных центров.

Специфика ферментов как биокатализаторов

Особое место в мире катализа занимают ферменты. Это биологические катализаторы, преимущественно белковой природы, которые выделяются рядом уникальных свойств:

• Высокая эффективность: Ферменты ускоряют реакции в поразительные 10⁶ – 10¹¹ раз, достигая скоростей, которые недостижимы для большинства синтетических катализаторов в мягких условиях.
• Высокая специфичность: Ферменты проявляют стереохимическую специфичность, то есть могут катализировать реакции только с определенными изомерами субстратов, и высокую субстратную специфичность, действуя только на конкретные молекулы.
• Способность к регуляции: Активность ферментов может тонко регулироваться в живых организмах, что позволяет контролировать метаболические пути.
• Наличие кофакторов: Многие ферменты для своей активности требуют наличия небелковых компонентов — кофакторов. Это могут быть ионы металлов (например, магний, цинк, железо) или органические молекулы (коферменты, такие как аденозинтрифосфат, НАДФ), многие из которых являются производными витаминов.

Для успешной научно-исследовательской деятельности в области катализа необходимо владеть не только теоретическими знаниями о синтезе, но и широким спектром физико-химических методов анализа катализаторов и носителей.

Физико-химические методы анализа катализаторов и носителей

Современная каталитическая наука располагает мощным арсеналом методов для детального изучения морфологии, кристаллической структуры, состава, электронной структуры и поверхностных свойств катализаторов.

• Рентгенофазовый анализ (РФА): Используется для идентификации кристаллических фаз в катализаторе, определения размеров кристаллитов и степени кристалличности.
• Электронная микроскопия:
  • Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ): Позволяет получить изображения внутренней структуры образца с высоким разрешением (до атомного), изучать форму, размер и дисперсность наночастиц активного компонента.
  • Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ): Используется для изучения морфологии поверхности катализатора, размеров пор, агломерации частиц. Часто сочетается с энергодисперсионным рентгеновским анализом (ЭДРА) для элементного картирования.
• Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС): Дает информацию об элементном составе поверхности, химическом состоянии атомов (степени окисления, типы связей), позволяя судить о природе активных центров.
• Спектроскопические методы:
  • ИК-спектроскопия (инфракрасная спектроскопия), включая DRIFTS (диффузного отражения): Позволяет изучать адсорбцию молекул на поверхности катализатора, идентифицировать поверхностные функциональные группы, характер связей и механизмы образования промежуточных соединений.
  • УФ-спектроскопия (ультрафиолетовая спектроскопия): Используется для изучения электронных переходов, характера связей и определения координационного окружения ионов металлов.
  • ЯМР-спектроскопия твердого тела (ЯМР ТТ): Предоставляет информацию о локальном атомном окружении, динамике молекул и фазовом составе.
  • Рамановская спектроскопия: Дополняет ИК-спектроскопию, особенно полезна для изучения колебательных мод соединений, неактивных в ИК-диапазоне, и анализа углеродных отложений (кокса).
• Методы определения удельной поверхности и порометрия:
  • Метод БЭТ (Брунауэра-Эмметта-Теллера): Широко используется для определения удельной поверхности катализатора путем адсорбции азота или других газов.
  • Порометрия (например, ртутная порометрия): Позволяет определить распределение пор по размерам, общий объем пор и пористость.
• Термические методы анализа:
  • Термогравиметрический анализ (ТГА): Измеряет изменение массы образца в зависимости от температуры, что позволяет изучать термическую стабильность, процессы десорбции, разложения, окисления и коксообразования.
  • Дифференциально-сканирующая калориметрия (ДСК): Измеряет тепловые потоки, связанные с фазовыми переходами и химическими реакциями, предоставляя информацию об энтальпии и теплоемкости процессов.
  • Дериватография: Комбинированный метод, включающий ТГА и ДСК, а также дифференциально-термический анализ (ДТА), позволяет комплексно исследовать процессы, происходящие в веществе при изменении температуры, такие как определение количества воды, гидроксидов, изучение структуры тонких водных пленок.

Методы исследования каталитических процессов

Помимо статических характеристик, крайне важно изучать динамику самих каталитических реакций:

• Кинетические методы:
  • Статический метод: Реакция протекает в замкнутом объеме, что позволяет изучать начальные скорости и равновесия.
  • Циркуляционный метод: Реагенты циркулируют через реактор с катализатором, обеспечивая постоянство состава газовой фазы и позволяя работать в режиме, близком к идеальному смешению.
  • Проточный метод: Реагенты непрерывно подаются в реактор, а продукты непрерывно отводятся. Широко применяется для моделирования промышленных процессов.
• Физические методы (для изучения гетерогенного катализа):
  • Масс-спектрометрия: Идентификация и количественный анализ продуктов реакции и промежуточных соединений в газовой фазе.
  • Хроматография (газовая, жидкостная): Разделение и количественный анализ реагентов и продуктов реакции.
  • Дифракция электронов (например, низкоэнергетическая дифракция электронов, LEED): Используется для изучения структуры поверхности катализатора и адсорбированных слоев.
  • Сканирующая туннельная микроскопия (СТМ): Позволяет получать изображения поверхности катализатора с атомным разрешением, изучать расположение активных центров и адсорбированных молекул.
• Спектральные методы (в условиях реакции): Работы А.Н. Теренина и Р. Эйшенса показали, что спектральные методы (ИК, УФ) можно использовать in situ (непосредственно в процессе реакции) для обнаружения образования поверхностных промежуточных соединений, что является прямым доказательством механизма катализа.
• Молекулярные пучки: Применяются для исследования ударного механизма гетерогенного катализа. Этот метод позволяет подавать реагенты на поверхность катализатора в виде пучков с контролируемой энергией и направлением, а затем анализировать продукты. Было показано, что продукт реакции может появляться не сразу после столкновения, а спустя некоторое время, необходимое для диффузии молекул к активным центрам и протекания реакции.

Комплексное применение этих методов позволяет получить всестороннее представление о структуре катализатора, его поверхностных свойствах и динамике каталитических процессов, что является основой для рационального дизайна и оптимизации каталитических систем.

Дезактивация и регенерация катализаторов: Вызовы и решения в промышленном применении

Катализаторы — это не бессмертные двигатели химических реакций. В процессе использования их активность неизбежно снижается с течением времени, что называется дезактивацией. Это критически важная проблема в промышленном катализе, поскольку дезактивация приводит к нестационарной работе реакционной системы, снижению выхода продукта, увеличению энергозатрат и, в конечном итоге, к экономическим потерям. Понимание причин дезактивации и разработка эффективных методов регенерации являются ключевыми для поддержания рентабельности и устойчивости каталитических процессов.

Причины дезактивации катализаторов можно разделить на три основные категории: химическая инактивация, термическая инактивация и механическая инактивация.

Основные процессы дезактивации катализаторов

1. Отравление катализаторов (poisoning): Это частичная или полная потеря активности катализатора под действием небольшого количества веществ, называемых каталитическими ядами или ингибиторами. Яды могут быть сильными (например, соединения серы, мышьяка, свинца для металлических катализаторов), средними или слабыми. Они могут быть общими, замедляющими все типы реакций, или специфическими, тормозящими только определённые реакции. Механизм отравления зависит от природы яда и катализатора: яды могут необратимо связываться с активными центрами, блокировать доступ реагентов к поверхности или изменять электронную структуру катализатора. Отравление может быть как обратимым (активность восстанавливается после удаления яда), так и необратимым (требует регенерации или замены катализатора).
2. Коксообразование (coking): Это отложение высококонденсированных ароматических углеводородов (кокса) на поверхности катализатора. Кокс механически экранирует активные центры, препятствуя доступу реагентов, а также может заполнять поры, снижая эффективную поверхность. Этот процесс особенно характерен для процессов нефтепереработки, таких как крекинг, риформинг, дегидрирование, где высокотемпературные превращения углеводородов приводят к образованию углеродистых отложений.
3. Спекание (sintering): Происходит при высоких температурах и заключается в агрегации мелких частиц активного компонента катализатора в более крупные. Движущей силой спекания является разность термодинамических потенциалов мелких и крупных частиц, что приводит к уменьшению суммарной активной поверхности и, как следствие, к снижению каталитической активности. Особенно актуально для нанесённых катализаторов с высокой дисперсностью.
4. Блокировка: Механическое экранирование поверхности катализатора пылью, твёрдыми продуктами реакции или нежелательными примесями, образующимися в процессе. Это особенно проблематично для тонкопористых катализаторов, где поры могут быть забиты, что затрудняет диффузию реагентов и продуктов.
5. Отложение металлов: В некоторых процессах, особенно при переработке тяжёлых фракций сырой нефти, на катализаторах могут отлагаться металлы, такие как ванадий, никель, железо, медь, присутствующие в сырье в виде порфиринов или других соединений. Эти металлы могут действовать как каталитические яды, снижая активность и селективность основного катализатора, или изменять его физические свойства (например, способствовать спеканию).

Регенерация катализаторов

Поскольку полная замена катализатора часто является дорогостоящей, в промышленных каталитических процессах предусматриваются операции его регенерации для восстановления активности. Регенерация может быть периодической или непрерывной.

• Периодическая регенерация: Катализатор периодически извлекается из реактора или обрабатывается непосредственно в реакторе. Классический пример — регенерация катализаторов, потерявших активность из-за коксообразования. Кокс выжигается кислородом воздуха (обычно при 550–700 °C) с образованием CO₂, что восстанавливает активные центры и пористость.
• Непрерывная регенерация: Широко используется в крупнотоннажных процессах, таких как каталитический крекинг с движущимся слоем катализатора. Дезактивированный катализатор постоянно выводится из реактора, направляется в отдельный аппарат — регенератор, где происходит выжигание кокса. После регенерации активированный катализатор возвращается в реактор. Цикл регенерации может составлять от нескольких минут до нескольких часов, обеспечивая стабильную и непрерывную работу установки.

Эффективная дезактивация и грамотная регенерация катализаторов являются одними из ключевых факторов, определяющих экономическую эффективность и экологическую безопасность современных химических производств.

Практическое применение катализа: От промышленности до биологии

Катализ — это не просто академическая концепция, а движущая сила, лежащая в основе огромного числа процессов, без которых невозможно представить современную цивилизацию. Он является основным средством осуществления химических превращений как в природе, так и в практической деятельности человека, влияя на продовольственную безопасность, энергетику, производство материалов и экологию.

Промышленное применение

Масштабы применения катализа в промышленности поражают воображение. По оценкам, примерно 35% мирового ВВП зависит от катализа, а производство 90% химикатов (по объёму) обеспечивается твёрдыми катализаторами.

• Производство аммиака (процесс Габера-Боша): Этот процесс, являющийся одним из величайших достижений химической инженерии XX века, обеспечивает получение аммиака из атмосферного азота и водорода. Используются традиционно железные катализаторы, промотированные оксидами калия, кальция и алюминия. Значимость этого процесса трудно переоценить: на долю азота, входящего в состав полученных промышленным путём азотсодержащих соединений (в первую очередь удобрений), приходится около половины всего азота в пищевых продуктах, обеспечивая продовольствием миллиарды людей.
• Производство серной кислоты (контактный метод): Ключевой процесс в химической промышленности, основанный на окислении сернистого ангидрида до серного ангидрида на катализаторе из оксида ванадия(V) (V₂O₅).
• Производство азотной кислоты и азотных удобрений: Азотная кислота, критически важный компонент для производства удобрений и взрывчатых веществ, производится методом окисления аммиака на платинородиевых катализаторах (сплав Pt-Rh, обычно 90-95% Pt и 5-10% Rh). Дальнейшая переработка азотной кислоты приводит к получению азотных удобрений, таких как аммиачная селитра.
• Нефтепереработка: Эта отрасль является одним из крупнейших потребителей катализаторов. Многочисленные каталитические процессы преобразуют сырую нефть в ценные продукты:
  • Крекинг: Разложение тяжёлых углеводородов на более лёгкие фракции, такие как бензин.
  • Риформинг: Каталитическое превращение низкооктановых фракций бензина в высокооктановые компоненты.
  • Гидросульфирование и гидрокрекинг: Удаление серы и азота из нефтяных фракций, а также их более глубокое расщепление с одновременным гидрированием.
  • Изомеризация, полимеризация, алкилирование: Процессы, изменяющие структуру углеводородов для получения продуктов с заданными свойствами.
• Производство высокооктанового бензина: Каталитический риформинг, использующий платиновые катализаторы на алюмооксидных носителях, является краеугольным камнем в производстве современного автомобильного топлива.
• Гидрирование растительного масла: Для производства маргарина и пищевых жиров используются никелевые катализаторы (часто нанесенные на кизельгур), которые катализируют реакцию гидрирования непредельных связей в растительных маслах, превращая их в твёрдые жиры.
• Производство пластмасс: Полимеры, такие как полиэтилен и полипропилен, производятся с использованием металлоорганических катализаторов, таких как катализаторы Циглера-Натта (на основе соединений титана и алюминийалкилов) или катализаторы Филлипса (на основе оксида хрома).
• Каталитические нейтрализаторы выхлопных газов автомобилей: С 1975 года эти устройства стали обязательными компонентами автомобилей, значительно улучшив качество воздуха. Они содержат благородные металлы (платину, палладий, родий), нанесенные на керамический носитель, которые катализируют окисление монооксида углерода (CO) и несгоревших углеводородов, а также восстановление оксидов азота (NO_x) до безвредных продуктов.
• Производство метанола: Важный сырьевой продукт, получаемый из синтез-газа (смеси CO, CO₂ и H₂) на медь-цинко-алюминиевых катализаторах (CuO/ZnO/Al₂O₃).
• Производство этиленоксида: Промышленно важный реагент, получаемый окислением этилена кислородом на серебросодержащем катализаторе.

Биологическое применение (биокатализ)

В живой природе катализ является универсальным принципом организации.

• Роль ферментов в живых организмах: Подавляющее большинство процессов, происходящих в живых организмах, являются каталитическими, управляемыми ферментами. От дыхания и пищеварения до синтеза ДНК и белков — все метаболические пути контролируются сложными ферментативными системами.
• Ранние упоминания: Даже в древних рукописях можно найти упоминания о практическом катализе, например, в процессах брожения виноградного сока или изготовлении «галльского мыла».
• Применение в пищевой промышленности: Ферменты широко используются в пищевой промышленности:
  • Амилазы расщепляют крахмал в хлебопечении (для улучшения текстуры и объема) и производстве пива (для получения сахаров).
  • Протеазы применяются для размягчения мяса, осветления соков и в сыроделии.
  • Липазы ускоряют созревание сыров и используются для модификации жиров.
  • Пектиназы помогают осветлять фруктовые соки, разрушая пектины.
• Биокаталитический синтез: В России, например, внедрён биокаталитический процесс получения акриламида, что является ярким примером внедрения «зелёных» технологий в промышленность.

Все эти примеры демонстрируют, что катализ — это не просто раздел химии, а фундаментальная основа для технологического прогресса и поддержания жизни на Земле.

Современные направления и вызовы в развитии катализа

Мир катализа находится в постоянном движении, отвечая на глобальные вызовы и открывая новые горизонты. Современные тенденции определяются необходимостью устойчивого развития, поиска новых источников энергии и созданием материалов с уникальными свойствами.

Мировой рынок катализаторов является колоссальным и продолжает расти. По оценкам, в 2023 году его объем составлял 35,80 млрд долларов США, и прогнозируется, что к 2031 году он достигнет 50,57 млрд долларов США, демонстрируя среднегодовой темп роста (CAGR) в 4,48%. Этот рост обусловлен неуклонно возрастающим спросом на катализаторы в производстве полимеров, химическом синтезе, нефтепереработке, нефтехимии, а также в решении экологических задач. Движущими силами являются потребность в улучшении выхода продуктов, оптимизации процессов, энергосбережении и снижении производственных затрат.

«Зеленая» химия и устойчивое развитие

Одним из наиболее значимых направлений является «зеленая» химия, ставящая своей целью снижение уровня загрязнения окружающей среды. Это достигается за счет нескольких ключевых принципов:

• Использование безвредных растворителей: Переход к сверхкритическому углекислому газу, воде или безрастворительным процессам вместо токсичных органических растворителей.
• Принцип атомной экономики: Разработка реакций, в которых максимальное количество атомов исходных реагентов включается в целевой продукт, минимизируя образование отходов.
• Замена стехиометрических реакций каталитическими: Катализаторы, не расходуясь в процессе, существенно уменьшают количество отходов по сравнению со стехиометрическими реагентами.
• Получение химических продуктов из возобновляемого природного сырья: Например, производство спирта из зерна или других видов биомассы вместо ископаемого топлива, является типичным процессом «зеленой» химии.

Биокатализ — использование ферментов или целых микроорганизмов для проведения химических процессов — является одним из ключевых направлений «зеленой» химии. Его преимущества включают высокую специфичность, мягкие условия реакции (низкие температуры и давления) и минимальное образование побочных продуктов.

Фотокатализ и электрокатализ приобретают всё большее значение в контексте устойчивого развития и поиска новых источников энергии. Фотокатализ, использующий солнечный свет для инициирования реакций, применяется для очистки воды и воздуха, а также для получения водорода из воды. Электрокатализ играет центральную роль в топливных элементах и электролизе, предлагая пути для эффективного хранения и преобразования энергии. Недавние открытия дешёвых катализаторов для расщепления воды на основе никеля и бора дали новый толчок исследованиям водорода как чистого источника энергии.

Вызовы в разработке новых катализаторов

Разработка новых катализаторов направлена на решение актуальных промышленных и экологических задач. Среди них:

• Переработка биомассы: Создание эффективных катализаторов для превращения биомассы в биотопливо и ценные химикаты, что снижает зависимость от ископаемых ресурсов.
• Утилизация CO₂: Разработка катализаторов для преобразования углекислого газа в метанол, другие органические соединения или топливо, что способствует снижению парникового эффекта.
• Очистка промышленных выбросов: Создание более эффективных и долговечных катализаторов для удаления токсичных веществ (NO_x, CO, летучих органических соединений) из промышленных газов.
• Синтез новых материалов: Разработка катализаторов для получения полимеров с улучшенными характеристиками, новых функциональных материалов с заданными свойствами.
• Разработка катализаторов «коктейлевого» типа: Это динамично развивающееся направление, когда вместо одного типа катализатора используется сложная смесь различных каталитических частиц, которые могут взаимодействовать друг с другом, образуя новые активные центры in situ или демонстрируя синергетические эффекты. Такие системы могут эволюционировать в ходе реакции, адаптируясь к изменяющимся условиям и демонстрируя уникальную активность и селективность, недостижимую для индивидуальных катализаторов.

Рост сегмента гетерогенных катализаторов

Среди всех типов катализаторов, гетерогенные катализаторы являются самым быстрорастущим сегментом рынка. Их популярность обусловлена простотой отделения катализатора от продуктов реакции, экономичностью и лёгкостью применения в промышленных масштабах. Прогнозируемый среднегодовой темп роста для гетерогенных катализаторов до 2031 года составляет около 4,5-5%, что подчеркивает их доминирующую роль в нефтепереработке, нефтехимии и производстве полимеров.

Строгие правила, касающиеся автомобильных выбросов, также стимулируют рост рынка автомобильных катализаторов. Разработка новых поколений, включая четырёхходовые катализаторы с высокой эффективностью, способных удалять еще более широкий спектр загрязнителей, является приоритетом для автопроизводителей и исследователей.

Таким образом, каталитическая наука находится на передовой линии решения глобальных проблем, предлагая инновационные подходы для создания устойчивого, ресурсоэффективного и экологически чистого будущего.

Заключение: Перспективы развития каталитической науки

Исследование катализа — это бесконечное путешествие в мир молекулярных превращений, где каждый новый шаг открывает удивительные перспективы. Наш всесторонний анализ показал, что катализ — не просто раздел химии, а фундаментальный принцип, пронизывающий все сферы нашей жизни, от мельчайших биологических процессов до масштабных промышленных производств.

Мы проследили путь от первых эмпирических наблюдений и введения термина Йёнсом Якобом Берцелиусом до сложнейших атомно-молекулярных теорий и нанотехнологических подходов, которые сегодня позволяют инженерам и химикам создавать катализаторы с беспрецедентной эффективностью и селективностью. Мы углубились в механизмы гомогенного, гетерогенного и ферментативного катализа, рассмотрели, как теория переходного состояния и адсорбционные концепции объясняют снижение энергетических барьеров, и как уникальная структура активных центров ферментов позволяет им управлять жизненно важными реакциями.

Отдельное внимание было уделено комплексному инструментарию для исследования катализаторов, от рентгенофазового анализа и электронной микроскопии до сложнейших спектроскопических и кинетических методов, позволяющих заглянуть внутрь процесса и понять его динамику. Мы также проанализировали вызовы, связанные с дезактивацией катализаторов — отравлением, коксообразованием, спеканием — и методы их регенерации, которые являются ключевыми для поддержания экономической эффективности промышленных процессов.

Практическое применение катализа оказалось по-настоящему всеобъемлющим: от производства аммиака, обеспечивающего продовольственную безопасность, и нефтепереработки, снабжающей мир топливом и материалами, до фармацевтической промышленности и экологических технологий, таких как каталитические нейтрализаторы выхлопных газов. Биокатализ, использующий ферменты, открывает двери для «зеленой» химии, предлагая мягкие и высокоселективные методы синтеза.

Взгляд в будущее каталитической науки обещает еще более впечатляющие достижения. Стремительный рост мирового рынка катализаторов, обусловленный глобальным спросом на энергоэффективные и экологически чистые технологии, подчеркивает критическую важность этой области. «Зеленая» химия, биокатализ, фотокатализ и электрокатализ — это не просто модные термины, а мощные двигатели инноваций, направленных на снижение воздействия на окружающую среду, утилизацию CO₂, переработку биомассы и поиск новых источников энергии. Особый потенциал лежит в разработке катализаторов «коктейлевого» типа, способных к самоорганизации и адаптации в ходе реакции, что позволит достичь невиданных уровней контроля и эффективности. Каталитическая наука, таким образом, стоит на пороге новой эры, где интеграция с искусственным интеллектом, высокопроизводительным скринингом и передовыми методами материаловедения позволит создавать катализаторы будущего — еще более активные, селективные, стабильные и устойчивые. Это неизбежно приведет к появлению прорывных технологий в энергетике, медицине, производстве материалов и охране окружающей среды, делая катализ одним из главных архитекторов устойчивого и инновационного будущего человечества.

Список использованной литературы

1. Байрамов В.М. Основы химической кинетики и катализа. М.: Академия, 2003. 252 с.
2. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия: Учебник / Под. ред. акад. АМН СССР С.С. Дебова. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Медицина, 1990. 528 с.
3. Гончарук В.В., Камалов Г.Л. Катализ: механизмы гомогенного и гетерогенного катализа, кластерные подходы. Киев: Наукова думка, 2002. 543 с.
4. Колесников И.М. Катализ и производство катализаторов. М.: Техника, 2004. 400 с.
5. Куликов М.А. Катализ и каталитические процессы. Пермь: Издательство ПНИПУ, 2013. 246 с.
6. Ленинджер А. Основы биохимии: В 3-х томах. Том 1. М.: Мир, 1985. 367 с.
7. Петрий О.А., Лунин В.В. Катализ (фундаментальные и прикладные исследования). М.: Издательство Московского университета, 1987. 287 с.
8. Стромберг А.Г. Физическая химия. М.: Высшая школа, 1999. 617 с.
9. Чоркендорф И., Наймантсведрайт Х. Современный катализ и химическая кинетика. Долгопрудный: Издательский дом «Интеллект», 2010. 504 с.
10. Теоретические основы каталитических процессов и технологии катализаторов. URL: https://elib.sibsutis.ru/ (дата обращения: 05.11.2025).
11. Гетерогенный катализ. URL: https://www.chem.ru/heterogenniy-kataliz.html (дата обращения: 05.11.2025).
12. Структурные основы механизма, действия и функции белков. Ферментативный катализ. Теория переходного состояния. URL: https://e-lib.gasu.ru/assets/files/elib/f4/e-lib_375662701.pdf (дата обращения: 05.11.2025).
13. Лекция 7. Адсорбция и катализ. URL: https://elib.gsu.by/bitstream/123456789/4146/1/%D0%9B%D0%B5%D0%BA%D1%86%D0%B8%D1%8F%207%20%D0%B0%D0%B4%D1%81%20%D0%B8%20%D0%BA%D0%B0%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%B8%D0%B7.docx (дата обращения: 05.11.2025).
14. Теория переходного состояния (теория активного комплекса). URL: https://www.uchebnik-online.com/128/1075.html (дата обращения: 05.11.2025).
15. Учебное пособие для студентов по теме «ФЕРМЕНТЫ». URL: https://ismu.baikal.ru/src/downloads/3522_d0b1d0b8d0bed185d0b8d0bcd0b8d18f.pdf (дата обращения: 05.11.2025).
16. Теории катализа. Лекция 4. URL: https://elib.gsu.by/bitstream/123456789/4143/1/%D0%9B%D0%B5%D0%BA%D1%86%D0%B8%D1%8F%204.pdf (дата обращения: 05.11.2025).
17. Теория переходного состояния (активированного комплекса). URL: https://www.chem.msu.su/rus/teaching/karn/html/lect15.html (дата обращения: 05.11.2025).
18. Теория активированного (переходного) комплекса (переходного состояния). URL: https://ecouniver.com/download/book/2016-02-15-fizicheskaya-himiya-chast-i-glava-8-himicheskaya-kinetika.pdf (дата обращения: 05.11.2025).
19. Теории гетерогенного катализа. URL: https://ugntu.ru/docs/default-source/default-document-library/lektsii-fizkhim-2-chast.pdf (дата обращения: 05.11.2025).
20. Гетерогенный катализ. URL: https://khimfak.ru/lectures/catalysis/heterogeneous-catalysis.html (дата обращения: 05.11.2025).
21. Теоретические основы каталитических процессов. URL: https://penzgtu.ru/upload/iblock/c32/081500.62_3.pdf (дата обращения: 05.11.2025).
22. Основы кинетики и катализа в гетерогенных процессах: учебное пособие для вузов. URL: https://e.lanbook.com/book/270425 (дата обращения: 05.11.2025).
23. Технология катализаторов и адсорбентов. URL: https://elib.gstu.by/bitstream/handle/123456789/10834/eshchenko.pdf (дата обращения: 05.11.2025).
24. «Каталитическая химия». Часть 1. URL: https://www.chem.msu.ru/rus/teaching/karn/html/catchem-ch1.html (дата обращения: 05.11.2025).
25. Глава 5. Теория активированного комплекса (ТАК). Параграф 1. Основные положения. Параграф 2. Расчет скорости реакции в ТАК. Параграф 3. Вывод. URL: https://edu.sfu-kras.ru/sites/edu.sfu-kras.ru/files/node/3028/teoriya_aktivirovannogo_kompleksa_tak.pdf (дата обращения: 05.11.2025).
26. Механизмы ферментативного катализа — Лекции ученых МГУ. URL: https://teach-in.ru/course/bioorganic-chemistry/lecture/enzymatic-catalysis-mechanisms (дата обращения: 05.11.2025).
27. Теоретические основы катализа. URL: https://npi-sfedu.ru/wp-content/uploads/2021/10/%D1%82%D0%B5%D0%BE%D1%80%D0%B5%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B5-%D0%BE%D1%81%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D1%8B-%D0%BA%D0%B0%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%B8%D0%B7%D0%B0_2020.pdf (дата обращения: 05.11.2025).
28. Книга Хьюз Р. «Дезактивация катализаторов: Пер. с англ.» 1989. URL: https://urss.ru/cgi-bin/db.pl?lang=Ru&blang=ru&page=Book&id=104138 (дата обращения: 05.11.2025).
29. Химия и технология катализаторов и сорбентов. URL: https://elib.gstu.by/bitstream/handle/123456789/10834/eshchenko.pdf (дата обращения: 05.11.2025).
30. Предисловие. Институт катализа. URL: https://www.catalysis.ru/resources/upload/book/Krylov.pdf (дата обращения: 05.11.2025).
31. Механизм действия ферментов. URL: https://stud.psuti.ru/assets/docs/bio/%D0%9B%D0%B5%D0%BA%D1%86%D0%B8%D1%8F-4.-%D0%A4%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82%D1%8B.pdf (дата обращения: 05.11.2025).
32. Катализ: опыт историко-методологического анализа (к 165-летию открытия катализа). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/kataliz-opyt-istoriko-metodologicheskogo-analiza-k-165-letiyu-otkrytiya-kataliza (дата обращения: 05.11.2025).
33. Каталитические процессы. Российское общество Знание. URL: https://znanie.org.ru/article/kataliticheskie-processy-314112 (дата обращения: 05.11.2025).
34. «Зеленый» катализ. МГУ. URL: https://www.chem.msu.ru/rus/journals/green-cat/green-cat-2013-1.pdf (дата обращения: 05.11.2025).
35. Тонкая химия золота: катализ и органический синтез. URL: https://goldmarket.fr/tonkaya-himiya-zolota-kataliz-i-organicheskij-sintez/ (дата обращения: 05.11.2025).
36. Игроки на рынке катализаторов, размер, доля, сегментация и тенденции прогноза на 2029 год. URL: https://www.databridgemarketresearch.com/reports/global-catalysts-market (дата обращения: 05.11.2025).
37. Глобальный отчет о рынке катализаторов 2031 — Размер, доля и тенденции. URL: https://www.fortunebusinessinsights.com/ru/catalysts-market-103681 (дата обращения: 05.11.2025).
38. Развитие теоретических представлений в гетерогенном катализе (1950-е годы). URL: https://him.1sept.ru/article.php?ID=200500707 (дата обращения: 05.11.2025).
39. «Зеленая химия» в России. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=12521199 (дата обращения: 05.11.2025).
40. Примеры промышленных процессов, где используются катализаторы. URL: https://katalikavto.ru/blog/katalizatory-v-promyshlennosti/ (дата обращения: 05.11.2025).
41. Молекулярные механизмы ферментативного катализа. URL: https://myshared.ru/slide/725792/ (дата обращения: 05.11.2025).
42. Катализ и его значение в отраслях народного хозяйства. URL: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_30538166_48607314.pdf (дата обращения: 05.11.2025).
43. Эффективность катализаторов: новые открытия. URL: https://nauka.mail.ru/news/effektivnost-katalizatorov-novye-otkrytiya/ (дата обращения: 05.11.2025).
44. Анализ размера и доли рынка автомобильных катализаторов. URL: https://www.mordorintelligence.com/ru/industry-reports/automotive-catalyst-market (дата обращения: 05.11.2025).
45. Рынок катализаторов с содержанием платины и МПГ 2024. URL: https://metalresearch.ru/rynok-katalizatorov-s-soderzhaniem-platiny-i-mpg-2024/ (дата обращения: 05.11.2025).