Рациональный дизайн катализаторов на основе палладия для активации C-H связей и на основе рутения для гидрирования C-O связей: от operando спектроскопии рентгеновского поглощения до мультиспектральной диагностики с применением машинного обучения

Современная фармацевтическая и тонкая химическая промышленности нацелены на производство все более и более сложных соединений посредством технологий, имеющих, с одной стороны, высокую экономическую обоснованность, а с другой - минимальное воздействие на окружающую среду. В основе многих новых соединений лежат винилированные ароматические молекулы, получаемые через каталитическое формирование С=С связей. Актуальной и до сих пор нерешенной задачей в данной области является переход от использования окисленных ароматических прекурсоров (например, арилгалогенидов, побочным продуктом использования которых являются галоиды) к непосредственной активации ароматических С-H связей для дальнейшей реакции поликонденсации с удлинением углеродной цепи и отщеплением молекулы водорода [1]. Другой перспективной задачей является восстановление окисленных соединений на основе биосырья, в частности, перевод многоатомных спиртов в C3, C4, C5, C6 олефины [2,3], которые имеют множество применений в химической промышленности. Однако до сих пор не разработаны катализаторы, позволяющие превращать многоатомные спирты в олефины в больших объемах и с высокой селективностью. Рациональный дизайн новых катализаторов требует глубокого понимания структуры активных центров и их поведения в ходе протекания каталитических реакций, что требует комплексного подхода с применением передовых методов синтеза, operando диагностики и компьютерного моделирования. Несмотря на очевидную важность такого подхода, его практическая реализация крайне затруднительна, и для многих каталитических реакций координация активных металлических центров, играющих ключевую роль в катализе, остается неизвестной. Настоящий проект нацелен на разработку мультиспектральной (рентгеновской и инфракрасной) operando диагностики с использованием методов машинного обучения для новых промышленно значимых катализаторов на основе рутения и палладия для активации C-H связей и для гидрирования C-O связей. Этот многостадийный междисциплинарный проект предполагает не только синтез новых функциональных материалов, которые могут быть использованы в тонкой химической и фармацевтической промышленности, но и достижение фундаментального понимания принципов работы их активных металлических центров, а также разработку инновационных алгоритмов количественного анализа спектральных данных на основе машинного обучения, применимых для широко круга задач в области наук о материалах.