ИСТИНА

Цель проекта – разработка нового подхода к формированию каталитически активных центров на поверхности нанесенных металлических наночастиц, включающих оптимальное для катализа электронное состояние металла, за счет использования эффектов межкластерных взаимодействий. Управление электронным состоянием металла и, соответственно, каталитическими свойствами моно- и биметаллических катализаторов будет осуществляться двумя путями: - за счет зарядовых взаимодействий контактирующих кластеров одного или разных типов металлов между собой и с носителем; - активацией поверхности кластеров за счет химического модифицирования или донорно-акцепторных взаимодействий со специально вводимыми промотирующими добавками (из числа соединений металлов, органических и неорганических лигандов) или с кислотными центрами носителя. Сила и природа межкластерных взаимодействий будут регулироваться, в дополнение к собственному размеру частиц, степенью заполнения поверхности, подбором металла, промотирующего компонента и типом носителя. Задача будет решаться на примере наноструктурированных катализаторов нового типа, в которых активная фаза металла однородно покрывает внешнюю поверхность носителя в виде аморфных частиц нанометрового размера или агрегатов плотно упакованных частиц, не проникая в его пористую структуру. Такие катализаторы даже при аномально низком содержании металла (<0.001 вес.%) характеризуются высокой поверхностной плотностью частиц, обеспечивающей легкость переноса заряда между близко расположенными частицами и носителем. Высокая плотность зарядовых флуктуаций в наноструктурированных катализаторах этого типа стимулируют катализ. Учет совокупности эффектов межчастичных и граничных взаимодействий в системе металл-носитель-промотор представляется мощным рычагом управления каталитическими свойствами наноструктурированных катализаторов. Для получения моно-и биметаллических катализаторов на основе монодисперсных наночастиц Au, Pd, Pt, Ni и других металлов будет приминяться оригинальный метод лазерного электродиспергирования металлов. В качестве подложек будут использованы проводящие и диэлектрические носители разной природы (С, Si, SiO2, Al2O3, TiO2, и другие оксиды, в том числе химически модифицированные). Тестирование разработанных катализаторов в газофазных и жидкофазных реакциях гидрирования, гидрогенолиза и изомеризации углеводородов позволит установить взаимосвязь атомной и электронной структуры частиц с их активностью, селективностью и механизмом действия. Разработанные в проекте методы физико-химического воздействия на электронное состояние металла в составе каталитического центра, «настроенного» на заданный маршрут процесса, откроют новые пути многократного повышения эффективности действия наноразмерных катализаторов со сверхнизким содержанием металла.

Разработаны методы получения моно- и биметалличских наноструктурированных катализаторов с регулируемой поверхностной плотностью частиц сочетанием лазерного электродиспергирования металлов (Pd, Pt, Au, Ni) и их сплавов с традиционными способами модификации поверхности носителя наночастицами, оксидами и ионами металлов, а также кислотными добавками. На основании экспериментального и теоретического анализа факторов, контролирующих электронное и зарядовое состояние металла и каталитические свойства наночастиц, оптимизированы условия синтеза катализаторов и осуществления с их участием процессов синтеза и превращений углеводородов. Предложенные в проекте способы организации и активации поверхности наночастиц с учетом химических и электростатических взаимодействий частиц между собой и с носителем использованы для создания новых низкопроцентных катализаторов процессов разных типов, в их числе гидрирование и гидродехлорирование, гидроизомеризация, окисление СО и др. Структурно-размерные характеристики образцов методами ПЭМ и РФЭС получены на оборудовании, закупленном по Программе развития МГУ.