МЕЖКЛАСТЕРНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В НАНОРАЗМЕРНЫХ КАТАЛИЗАТОРАХ

Смирнов В.В., Ростовщикова Т.Н.

Химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова,

кафедра химической кинетики

На примерах наноразмерных частиц металлов (Сu, Ni, Pd), осажденных на кремниевые подложки методом лазерной электродисперсии и стабилизированных в полимерных матрицах, обсуждается роль взаимодействий кластеров между собой и с носителем, ответственных за появление новых свойств каталитических систем. Показано, что помимо размера частиц, в катализе наночастицами большое значение имеет другой размерный фактор – среднее расстояние между частицами, поскольку это расстояние определяет возможность электростатического взаимодействия между близко расположенными кластерами или между кластерами и носителем. Этот аспект размерно-структурного эффекта проанализирован в каталитических превращениях хлоруглеводородов и в гидрировании олефинов и ароматических углеводородов.

В случае использования подложек или матриц с диэлектрическими свойствами (поверхностно-окисленный кремний, полимеры) весьма существенными оказываются кулоновские взаимодействия между кластерами, организованными в ансамбли. Активность ансамблей взаимодействующих наночастиц достигает 10⁴-10⁵ молекул продукта на атом металла в час и превосходит на несколько порядков, не только традиционные катализаторы, но и отдельные наночастицы или более плотные металлические пленки. Для таких катализаторов характерна экстемальная зависимость каталитической активности от поверхностной плотности частиц или среднего расстояния между ними. При использовании кремниевой подложки, когда становятся возможным электростатическое взаимодействие наночастиц с полупроводниковой подложкой, наибольшую активность наблюдали для изолированных друг от друга наночастиц. Предложено теоретическое описание процессов формирования заряженных состояний в системе наночастиц, позволяющее объяснить их необычные свойства в катализе.

Работа выполнена при поддержке МНТЦ (№ 2955).