Развитие и применение современных физических методов исследования, включая режим in situ, для изучения строения и свойств каталитических систем на атомно-молекулярном уровне, в том числе при повышенных температурах и давлениях

Создан инструментально-методический комплекс для проведения исследований изменения структуры и фазового состава гетерогенных катализаторов при контролируемых температуре, давлении и составе реакционной среды, в том числе с использованием источников синхротронного излучения в режиме in situ. Впервые показана роль развитой поверхности {-111} и эпитаксиальных фаз в процессе восстановления наночастиц оксида меди. Установлены закономерности формирования и структурные особенности активных металлов (Cu, Co, Ag и др.) в зависимости от состава и условий восстановления их сложных оксидов. Предложен способ исследования кислородной подвижности в перовскитоподобных и сложных оксидах методом релаксации объема, позволяющий одновременно определять как диффузионные параметры, так и структурные изменения системы. Показано, что воздействие реакционной среды на поверхность катализаторов Pt/Al₂O₃ полного окисления метана приводит к формированию новой формы платины – Ptδ⁺ (72 ± 0,1 eV), которая представляет собой частично окисленную высокодисперсную металлическую платину и, по-видимому, определяет активность катализатора в полном окислении метана: содержание Ptδ⁺ хорошо коррелирует с каталитической активностью образца; доля платины в этом состоянии определяется размером частиц активного компонента и его исходным зарядовым состоянием. При исследовании особенностей протекания реакций NO + CO, NO + CₓHy на нанесенных Au/Al₂O₃- и Pt/Al₂O₃-катализаторах и платиновой фольге установлена зависимость активности катализаторов и селективности целевых процессов от среднего размера частиц и природы активного компонента. В условиях статического реактора в реакциях C₃H₆ + NO, CO + NO на платиновых и золотых катализаторах на оксиде алюминия обнаружен прямой размерный эффект для платиновых систем и обратный - для золотых катализаторов.Получены сравнительные данные о строении и свойствах металлических наночастиц Co, полученных в сверхкритических и традиционных условиях синтеза с использованием метода электронного магнитного резонанса в режиме in situ. Проведено сравнительное исследование восстановления Co-содержащих катализаторов процесса Фишера - Тропша в среде Н₂ и СК-изопропанола (ИПС). Полученные данные указывают на возможность синтеза в СК ИПС наноразмерных частиц с узким распределением по размерам. Развит метод синтеза высоконаполненных (до 70 вес. %) Ni - Cu-содержащих металлических катализаторов путем совместного осаждения золя SiO₂ с предшественниками металлов в среде сверхкритического CO₂ как антирастворителя. Использование развитого подхода позволяет обеспечить малый размер металлических (биметаллических) частиц (< 10 нм), а также высокую удельную поверхность, доступность активных центров. Развиты методы анализа кривых малоуглового рентгеновского рассеяния растворов полистиролов с целью создания подходов и систем, моделирующих процессы агрегации тяжелых компонентов в углеводородных системах. Показано влияние размера полистирольных цепей, их смесей, растворителей и температуры на их агрегационное поведение. Проведено экспериментальное исследование агрегации оксидных наночастиц in situ в золях, и предложены кинетические схемы процессов агрегации и эволюции формы оксидных частиц.