Исследование методов получения катализаторов на основе диоксида титана, модифицированных наночастицами металлов группы платины, предназначенных для снижения токсичности отработавших газов в выхлопных системах автомобильного транспорта. Разработка лабораторных регламентов, обобщение и оценка полученных результатов исследований. Этап 5

Общая цель исследования - создание каталитического материала, предназначенного для применения в составе систем каталитической нейтрализации отработавших газов, образующихся при эксплуатации ДВС, для снижения экологического ущерба от выброса отработавших газов в атмосферу. На основании анализа научной литературы было установлено, что каталитические материалы, получаемые традиционными методами, практически достигли предельных значений каталитической активности и дальнейшее совершенствование возможно только при кардинальном пересмотре подходов к созданию такого рода материалов. Учитывая то, что основой каталитического эффекта применяемых для нейтрализации отработавших газов ДВС-систем являются металлы платиновой группы, нанесенные в виде мелкодисперсных металлических частиц на поверхность термостойкого оксидного носителя, и, основываясь на сведениях о том, что уменьшение размеров каталитически активных частиц до нанометрового диапазона ведет к резкому росту каталитической активности, было принято решение о разработке метода, позволяющего получать каталитические материалы, содержащие платиновые металлы в виде частиц, геометрические размеры которых не превышают 100 нм хотя бы по одному из измерений, что соответствует определению наночастиц. Одновременно при изучении литературных данных было выявлено, что диоксид титана может являться не только термостойким носителем активных частиц металлов группы платины, но и способен проявлять собственную каталитическую активность, внося вклад в общую активность каталитической системы. Таким образом, было выбрано генеральное направление исследований - разработка метода, позволяющего получать материалы, содержащие наночастицы платиновых металлов, причем в качестве носителя должен быть задействован диоксид титана. Дальнейший поиск привел к пониманию необходимости введения в состав материалов незначительных количеств диоксида кремния, эта добавка служит как стабилизации кристаллической структуры диоксида титана, склонного к полиморфным превращениям при повышенных температурах, так и является средством обеспечения прочного контакта между частицей металла группы платины и матрицей, образованной оксидной системой, состоящей преимущественно из диоксида титана. Эти работы были проведены в ходе первого этапа исследований. Для повышения технологичности производства каталитических материалов было принято решение проводить получение в условиях сольвотермального синтеза как оксидной матрицы, так и наночастиц металлов группы платины.Были подобраны условия проведения сольвотермального синтеза при атмосферном давлении, что стало возможным благодаря применению в качестве реакционной среды высококипящих органических соединений, способных растворять прекурсоры и обеспечивать стабилизацию образующихся наночастиц платиноидов. Были получены экспериментальные образцы как оксидных матриц для наночастиц палладия и платины, так и каталитических материалов, представляющих собой сложные оксидные системы на основе диоксидов титана и кремния, на поверхности зерен которых расположены наночастицы каталитически активных металлов, образующие прочный контакт с матрицей.Полученные материалы были всесторонне исследованы с помощью разнообразных аналитических методов. Эти работы были проведены в ходе третьего этапа исследований. Для определения каталитической активности разработанных материалов был создан экспериментальный стенд, позволяющий имитировать условия, создающиеся при эксплуатации реально существующих каталитических нейтрализаторов отработавших газов ДВС. Конструкция стенда позволяет не только определять каталитическую активность материалов по отношению к модельным газофазным реакциям, но также исследовать стабильность материалов и сохранность каталитических свойств, при длительном циклическом воздействии повышенных температур и газовых потоков, состав которых может регулироваться в широких пределах. Созданный в рамках выполнения ПНИ экспериментальный стенд обеспечен интерфейсами связи с ПЭВМ, что позволяет управлять работой стенда и фиксировать измеряемые значения в режиме реального времени. Цель пятого этапа исследований - разработка лабораторных регламентов, обобщение и оценка полученных результатов исследований. Исследована стабильность показателей каталитической активности наноматериалов на основе диоксидов титана и кремния, содержащих наночастицы палладия или платины в условиях воздействия модельных газовых сред при температурах, соответствующих температурам эксплуатации реально применяемых каталитических систем, предназначенных для нейтрализации отработавших газов, образующихся в ходе эксплуатации ДВС. Разработаны лабораторные регламенты получения каталитических наноматериалов на основе диоксидов титана и кремния, содержащих как наночастицы палладия, так и наночастицы платины. Проведена сравнительная оценка полученных научно-технических результатов с современным уровнем аналогичных разработок, показавшая высокий уровень достигнутых в ходе выполнения ПНИ научно-технических результатов, что подтверждается получением патентов на разработанные в ходе выполнения исследований объекты интеллектуальной собственности и рядом статей, опубликованных в рецензируемых научных изданиях, входящих в международную систему SCOPUS. Осуществлена технико-экономическая оценка полученных в ходе выполнения прикладных научных исследований результатов. Сформированы рекомендации и предложения по использованию полученных в ходе выполнения ПНИ результатов на предприятиях, связанных с производством каталитических материалов, кроме того, намечены основные направления развития исследований на основании наработанного в ходе выполнения работ в рамках Соглашения о предоставлении Субсидии опыта. Осуществлена разработка проекта Технического задания на проведение опытно-технологических работ по теме «Разработка технологического процесса получения каталитических наноматериалов (катализаторов) на основе оксидных материалов, модифицированных наночастицами платины». Обобщены результаты, полученные в ходе выполнения предшествующих этапов ПНИ, на основании чего дана оценка полноты проведения работ и достижения поставленных целей. Подготовлены заявки на получение документа (патента), подтверждающего права на объекты интеллектуальной собственности, разработанные в ходе выполнения ПНИ. Проведены маркетинговые исследования, направленные на изучение возможности коммерциализации созданных в рамках выполнения Соглашения о предоставлении Субсидии каталитических наноматериалов на основе диоксидов титана и кремния, содержащих наночастицы палладия и платины.