Регистрация / Вход
Прислать материал

14.586.21.0027

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.586.21.0027
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет"
Название доклада
Формирование моно- и биметаллических наночастиц на носителях различной природы: влияние метода приготовления и природы носителя
Докладчик
Сульман Эсфирь Михайловна
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Целью проведения исследований (выполнения проекта) является изучение электронного состояния и структуры металлических и оксидных наночастиц (Zn, Fe, Cu, Mn, Co, Ni), нанесенных на цеолит или стабилизированных в сверхсшитом полистироле.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: Разработать методики синтеза запланированных к исследованию каталитических систем на основе металлов, стабилизированных на цеолитных матрицах и в среде сверхсшитого полистирола; Установить электронное состояние металлических и оксидных наночастиц в составе объема полученных каталитических систем методом XANES-спектроскопии; Установить природу ближайшего окружения атомов металлов в синтезированных катализаторах и установление координационного числа атомов металлов в синтезированных структурах методом EXAFS-спектроскопии; Установить электронное состояние и состав активной фазы поверхности каталитических систем методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии; Описать исследованные структуры и систематизировать полученные знания.
Актуальность и новизна исследования
Причиной проведения планируемых исследований являются найденные ранее доказательства того, что поликатионные формы переходных металлов в цеолитах проявляют высокую каталитическую активность в многих промышленно важных процессах. Сверхвысокая активность нанокластеров окислов переходных металлов в отношении СО и, в частности, избыток кислорода в поликатионах может быть ответственным за соответствующую каталитическую активность. В работах было показано, что супероксиды переходных металлов (TrM), особенно супероксид меди можно рассматривать как аккумулятор избыточного слабо связанного кислорода, обеспечивающего активность в окислении СО.
Кроме того было показано, что Cu-, Mn- и Zn-поликатионные формы фожазитов (LSF) проявляют активность в окислительной димеризации 1,3-бутадиена, низкотемпературном окислении СО, окислительном спаривании алифатических тиолов и восстановлении SOx монооксидом углерода. При этом эти реакции могут проходить в отсутствии воздуха, т.е. без добавления свободного кислорода.
Описание исследования

В рамках исследования необходимо установить электронную природу атомов металлов в составе активной фазы каталитических систем, координационное число этих металлов в объеме активной фазы катализаторов, а так же состав и электронную природу активной фазы поверхности катализаторов. Исследовательская группа располагает опытом и необходимым оборудованием для проведения синтеза выбранных для исследования каталитических систем, опытом и оборудованием для проведения исследований поверхности методом рентгенофотоэлектронной спектроскопии (РФЭС). Однако в рамках поставленных задач необходимы исследования образцов методами EXAFS и XANES, которые являются дорогостоящими в связи с необходимостью использования источника синхротронного излучения для обеспечения исследовательских установок рентгеновским излучением с необходимыми характеристиками светосилы и энергии пучка. Поскольку исследовательская группа не располагает доступным синхротроном, оборудованным отвечающими целям и задачам исследования современными прецизионными исследовательскими станциями, позволяющими проводить исследования EXAFS и XANES, то возникает необходимость в кооперации с исследовательскими центрами, обеспечивающими функционирование и доступ к синхротронному излучению и соответствующим прецизионным исследовательским установкам, эксплуатация которых и как следствие стоимость исследований высока. Исследовательская группа в рамках планируемых работ получила доступ к исследовательской установке в European Sunchrotron Radiation Facility в Гренобле (Франция) и планирует проведение исследований в части анализов методами EXAFS и XANES на установках этого центра силами сформированной исследовательской группы. Объединение результатов этих экспериментов с результатами исследования поверхности каталитических систем в перспективе позволит понять и описать процессы формирования активной фазы каталитических систем и сделать обоснованные предположения о механизме работы и причинах уникальных свойств этих систем.

Результатами исследования являются результаты анализов перечня образцов каталитических систем, сведения об электронной природе и координационном числе атомов металлов, поликатионов и наночастиц активной фазы сформированы в объеме исследуемых структур, полученные в результате анализов методами EXAFS и XANES, а также сведения о составе активной фазы поверхности исследуемых структур полученные на основе метода рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Ожидается, что полученные результаты обеспечат более глубокое понимание механизмов формирования, природы и структуры формирующихся наночастиц и поликатионов в объеме и на поверхности носителя каталитических систем и позволят объяснить активность этих систем.

По результатам исследования будет получена система знаний и представлений о структуре исследуемых каталитических систем, что позволит более глубоко понять механизмы ее формирования и отличия от классических каталитических систем тех же каталитических процессов. Кроме того, будут получены общие знания о формировании таких систем, которые могут быть использованы при разработке каталитических систем других процессов или каталитических систем на основе металлов-электронных аналогов исследуемых металлов. Полученные сведения и знания являются теоретическими знаниями, расширяющими представления в области катализа, структурной химии, общей химии и физико-химии наноструктур, в связи с чем, могут быть применены в широком диапазоне работ.

Результаты исследования

Подготовлен аналитический обзор литературных источников по тематике проекта. Подготовлен отчет о патентных исследованиях в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96. Подготовлен обзор методов синтеза каталитических систем на основе металлов, стабилизированных на цеолитных и полимерных матрицах. Разработаны методики синтеза полимерстабилизированных каталитических систем.

Выполнена первая серия экспериментов по изучению методом рентгеновской абсорбционной EXAFS- и XANES-спектроскопии электронного состояния компонентов меди (Cu), цинка (Zn) и их локального окружения в образцах с поликатионами (Cu)pCaLSF и (Cu)p(Zn)pLSF, а также с наночастицами ZnO/HPS и ZnO-CuO/HPS.

Практическая значимость исследования
Полученные результаты предоставляют информацию о структуре и электронной природе металлических и металлоксидных частиц, а также поликатионов в неорганических и органических матрицах. Полученные знания о формировании таких систем в составе катализаторов предоставит уникальную информацию о структуре и свойствах металлических, металлоксидных частиц и поликатионов для исследовательских групп, участвующих в разработке каталитических систем тонкого органического синтеза, в том числе фармацевтической и пищевой промышленности, исследовательских групп занимающихся разработкой композитных материалов и групп, изучающих свойства стабилизированных в неорганических и органических матрицах наноструктурированных систем. Поэтому, полученные знания будут способствовать прогрессу в широком диапазоне работ на стыке различных отраслей химии. В том числе, будет способствовать разработке новых каталитических систем переработки органического сырья, органических и неорганических отходов, очистке газов востребованных современной промышленностью Российской Федерации, что, в перспективе, должно привести к снижению затрат на производство продуктов потребления и средств производства, а также к снижению издержек на обезвреживание промышленных выбросов.