Ученые ЮФУ совместно с коллегами из Швейцарии изучили действия катализаторов на основе хрома

Фото: Ученые ЮФУ совместно с коллегами из Щвейцарии изучили действия катализаторов на основе хрома // фото пресс-центра ЮФУ

Ученые Южного федерального университета совместно с коллективом Швейцарской высшей технической школы Цюриха выяснили, как действуют катализаторы на основе хрома, необходимые для производства пластика (полиэтилена). Это поможет понять, как предотвращать и исправлять их дефекты, а также позволит создавать новые более эффективные катализаторы с улучшенными свойствами.

За рубежом имеются известные коммерческие катализаторы для полимеризации этилена, которые используются уже несколько десятилетий и занимают центральное место в полимерной промышленности. Например, катализатор Филлипса.

«Катализатор Филлипса на основе хрома – это стандартный коммерческий катализатор, который используется уже более 50 лет. Однако споры о том, как он работает, не утихают в научной среде до сих пор. В то же время их активная поверхность имеет свойство приходить в негодность, и тогда приходится останавливать процесс полимеризации и обновлять катализатор. В связи с этим важно изучить механизм их действия, чтобы понять принцип работы и выяснить, как улучшить стабильность и устойчивость к деградации», – рассказывает доцент Международного исследовательского института интеллектуальных материалов ЮФУ Александр Гуда.

Исследование проведено на синхротроне в Швейцарии (SLS), на международной установке класса мегасайенс, а научные данные проанализированы в Международном исследовательском институте интеллектуальных материалов ЮФУ. Под руководством доктора физико-математических наук Александра Гуды группа ученых вуза разработала метод более быстрого и удобного анализа данных. Он основывается на сочетании технологий искусственного интеллекта, исследования спектров рентгеновского поглощения и ЭПР-спектроскопии (метода обнаружения систем с ненулевым суммарным электронным спиновым моментом). В результате исследования ученые пришли к выводу, что активным центром катализатора в процессе полимеризации этилена – получении полиэтилена – выступают атомы трехвалентного хрома, координированные алкильными группами.

«Наша коллаборация со швейцарскими учеными обусловлена тем, что коллеги имеют свободный доступ к синхротрону и получают на нем много данных, а команда ЮФУ занимается интерпретацией этих результатов с помощью нового метода на основе алгоритмов машинного обучения. Данные, которые получают на синхротроне, очень большие. Чтобы их проанализировать и сделать вывод, человеку нужно не менее 5 месяцев работы. А обученный искусственный интеллект самостоятельно намного быстрее обрабатывает информацию и выдает конечный вывод, а еще позволяет в процессе что-то редактировать и менять», – объясняет Александр Гуда.

Данное исследование выполнялось в рамках проекта, направленного на решение ряда междисциплинарных задач по применению технологий искусственного интеллекта (глубокого машинного обучения) для ускоренной разработки перспективных функциональных материалов, включая методики суперкомпьютерного моделирования, потокового микрофлюидного синтеза и operando диагностики (то есть диагностики в ходе процессов, происходящих при реалистических технологических условиях) материалов на роботизированных лабораторных установках и синхротронных центрах.

Основная цель исследования – определение фундаментальных закономерностей действия нанокатализаторов на основе хрома. Но для России полученные знания станут фундаментом производства отечественных промышленных катализаторов, не уступающих по качеству импортным аналогам.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки России и отвечает целям проекта ЮФУ «Технологии полного цикла для экспресс-разработки функциональных материалов низкоуглеродной экономики под управлением искусственного интеллекта» программы развития «Приоритет-2030» (нацпроект «Наука и университеты»).

Результаты работы опубликованы в одном из ведущих международных научных изданий – журнале «Angewandte Chemie».