Механизм каталитического действия синергетических металл-оксидных катализаторов в низкотемпературном окислении монооксида углерода

Получены моно- и биметаллические композиты M/Al2O3 на основе частиц M1 (M1 = Au, Pd) и/или частиц M2Ox (M2 = Cu, Ce, Ni, Ag, Zr, Mn) с содержанием (M1+M2) = 0.1 - 1%. Структура поверхности композитов изучена с помощью методов ПЭМ, ЭДА, РФЭС, ИК, РФА, ЭПР и функционала плотности. Закономерности каталитического действия композитов изучены в окислении CO c помощью O2 при 273 - 773 K. Установлено, что в биметаллических композитах малые частицы Au и Pd стабилизированы вблизи M2Ox, что приводит к тривиальному росту активной поверхности фаз Au и Pd. Установлено, что неаддитивный рост активности в Au-содержащих композитах обусловлен новым механизмом реакции с участием поверхностных атомов Au(0) и формируемых на границе раздела фаз частица (Au) - частица (M2Ox) новых фаз: оксидов Au2O и M2Ox-1. Синергизм активности в Pd-содержащих композитах обусловлен новым механизмом реакции с участием поверхностных атомов Pd(0), оксидов M2Ox-1 и оксидов PdO. На основе полученных данных разработаны оптимальные синергетические катализаторы, состоящие из нанесенных частиц Au2O (Pd-PdO) размером 5 - 6 нм и кластеров CuO-Cu2O размером 3 - 4 нм. Температура начала реакции на оптимальных Pd-Cu- и Au-Cu-катализаторах составляет 280 - 330 K против 423 - 473 K на Pd-, Au- и Cu-катализаторах сравнения. Эффективная энергия активации реакции на Pd-Cu- и Au-Cu-катализаторах равна 20 - 30 кДж/моль против 60 - 110 кДж/моль на Pd-, Au- и Cu-аналогах. При фиксированной температуре реакции селективность Pd-Cu- и Au-Cu-катализаторов по CO2 равна 100%. Катализаторы работают стабильно в течение минимум 12 ч.