Высокодисперсный никель на пористом азотсодержащем углероде: синтез и каталитические свойства в реакции разложения газообразной муравьиной кислоты

В работе исследовано влияние структуры азотсодержащих пористых углеродных материалов (N-ПУМ) на состояние никеля и его каталитические свойства в разложении муравьиной кислоты. N-ПУМ, синтезированные методом CVD из ацетонитрила при 700–800 °C, обладают высокой удельной поверхностью (>440 м²/г) и содержат пиридиновый азот (1.3 ат.%). При 800 °C формируются центры, стабилизирующие Ni моноатомно (Ni-N4) при загрузке 1 мас.%. Кластеризация Ni происходит при увеличении загрузки до 6 мас.%. Альтернативный синтез N-ПУМ азотированием в аммиаке позволил получить материал с поверхностью 1030 м²/г и содержанием пиридинового азота 2.4 ат.% и достичь высокодисперсного распределения Ni даже при загрузке 10 мас.%. Высокая активность и селективность в получении водорода связаны с образованием каталитически активных центров на основе Льюисовских пар Ni–N4 и субнаночастиц Ni, промотирующих дегидрирование. Синтезы материалов, катализаторов, обработка физико-химических данных и исследование каталитических свойств выполнены непосредственно диссертантом. Работа была выполнена в ФГБУН Институте неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН под руководством д.х.н. Булушевой Л.Г. Официальными оппонентами выступили д.х.н. Подъячева О.Ю. (ФГБУН «ФИЦ «Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН», г. Новосибирск) и к.х.н. Харламова Т.С. (ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский государственный университет», г. Томск). Ведущая организация ФГБНУ «ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН», г. Красноярск. Основные результаты работы отражены в 6 статьях и входят в перечень индексируемых в Web of Science и Scopus: 1. Nishchakova, A. D., Bulushev, D. A., Stonkus, O. A., Asanov, I. P., Ishchenko, A. V., Okotrub, A. V., Bulusheva, L. G. Effects of the Carbon Support Doping with Nitrogen for the Hydrogen Production from Formic Acid over Ni Catalysts // Energies. – 2019. – V. 12. – N. 21. – 4111. – 10 P. 2. Nishchakova, A. D., Grebenkina, M. A., Shlyakhova, E. V., Shubin, Y. V., Kovalenko, K. A., Asanov, I. P., Fedoseeva, Y. V., Makarova, A. A., Okotrub, A. V., Bulusheva, L. G. Porosity and composition of nitrogen-doped carbon materials templated by the thermolysis products of calcium tartrate and their performance in electrochemical capacitors // J. Alloys Compd. – 2021. – V. 858. – 158259. – 11 P. 3. Bulushev, D. A., Nishchakova, A. D., Trubina, S. V., Stonkus, O. A., Asanov, I. P., Okotrub, A. V., Bulusheva, L. G. Ni-N4 sites in a single-atom Ni catalyst on N-doped carbon for hydrogen production from formic acid // J. Catal. – 2021. – V. 402. – P. 264–274. 4. Nishchakova, A. D., Bulushev, D. A., Trubina, S. V., Stonkus, O. A., Shubin, Y. V., Asanov, I. P., Kriventsov, V. V., Okotrub, A. V., Bulusheva, L. G. Highly Dispersed Ni on Nitrogen-Doped Carbon for Stable and Selective Hydrogen Generation from Gaseous Formic Acid // Nanomaterials. – 2023. – V. 13. – N. 3. – 545. – 18 P. 5. Nishchakova, A. D., Bulusheva, L. G., Bulushev, D. A. Supported Ni Single-Atom Catalysts: Synthesis, Structure, and Applications in Thermocatalytic Reactions // Catalysts. – 2023. – V. 13. – N. 5. – 845. – 29 P. 6. Nishchakova, A. D., Bulushev, D. A., Trubina, S. V., Kriventsov, V. V., Fedorenko, A. D., Plyusnin, P. E., Stonkus, O. A., Gusel’nikov, A. V., Gusel’nikova, T. Ya., Okotrub, A. V., Bulusheva, L. G. Controlled dispersion of Ni catalyst on N-doped carbon support for stable and selective hydrogen production from formic acid // Int. J. Hydrogen Energy.– 2024. – V. 68. – P. 1080–1089.