Семинар "Перспективные наноматериалы"

Использование наноматериалов в катализе имеет давнюю историю и началось задолго до активного использования приставки "нано". В качестве примера следует упомянуть катализаторы на основе частиц благородных металлов нанометрового размера (Pt, Pd, Rh), диспергированных на оксидных носителях. Долгое время основной причиной использования металлов в высокодисперсном состоянии была оптимизация их использования за счет увеличения соотношения поверхность/объем (каталитические реакции протекают на поверхностных центрах). Однако позже было выяснено, что переход к нанометровым частицам металла может вызывать изменение удельной каталитической активности (УКА), которая определяется как скорость реакции в присутствии катализатора, отнесенная к числу поверхностных (доступных) атомов металла. Речь идет о появлении размерного эффекта в структурно-чувствительных каталитических реакциях, скорость которых в отличие от структурно-нечувствительных реакций меняется с изменением среднего размера частиц активного компонента. С момента открытия Бударом структурно-чувствительных реакций размерные эффекты стали объектом пристального внимания исследователей. Был сделан вывод о том, что изучение размерных эффектов невозможно без:

1. развития методов управляемого и воспроизводимого синтеза наноразмерных частиц металла с однородным и варьируемым распределением частиц по размерам;
2. развития методов надежного охарактеризования наноразмерных частиц и определения их распределения по размерам;
3. изучения каталитических свойств и сравнения величин УКА в зависимости от среднего размера нанесенных металлических частиц;
4. изучения электронных, структурных и адсорбционных свойств наноразмерных металлических частиц в зависимости от их размеров.

          В докладе будет представлено обоснование данного подхода, а также полученные в последние годы результаты, которые демонстрируют возможность использования размерных эффектов для увеличения активности наноразмерных катализаторов в реакциях низкотемпературного окисления СО и СH₄ (катализаторы Au/Al₂O₃ и Pt/Al₂O₃, соответственно), селективного окисления олефинов (катализаторы Ag/Al₂O₃).

          На основании полученных данных сделан вывод, что прогресс в выявлении факторов, обуславливающих появление размерных эффектов, и использование новых методов синтеза для получения катализаторов со строго контролируемыми свойствами позволяет получить более активные (заданный размер частиц) и более селективные (однородное распределение частиц по размерам) катализаторы, тем самым, позволяя оптимизировать существующие процессы путем снижения энергозатрат (температура проведения реакции) и ценовых показателей (уменьшение загрузки благородных металлов), уменьшения количества вредных выбросов и увеличения выхода ценного продукта.