ОТЧЕТ О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ по проекту РФФИ «Научные основы создания функциональных наноматериалов для новой сопряженной технологии улавливания CO2 и его превращения в ценные химические вещества»

Объектом исследования являются сложные оксиды и катализаторы на их основе для пароуглекислотной конверсии метана. Цель работы – создание научных основ синтеза функциональных наноматериалов для новой сопряженной технологии улавливания CO2 и его превращения в ценные химические вещества. Разработаны оригинальные методики синтеза, проведен синтез и систематическое исследование сложных оксидов (CeLa)1-x(NiM)xOy и (CeMg)1-x(NiM)xOy – предшественников катализаторов – при варьировании состава оксидной матрицы (Ce-O, Ce-La-O, Ce-Mg-O; La/Ce = Mg/Ce = 0, 0.25, 1.0; 4.0), состава (Ni, M, NiM; M = Cu, Pd, Pt, Re; M/Ni = 0.004, 0.04, 0.25) и содержания (x = 0.01, 0.05, 0.15, 0.25) активного компонента, метода приготовления (метод сложноэфирных полимерных предшественников, метод совместной и последовательной пропитки, комбинированный метод). Для управления функциональными свойствами материалов разработаны способы регулирования состава, структурных и окислительно-восстановительных свойств биметаллических частиц путем варьирования параметров синтеза и in situ термической активации сложных оксидов. Исследован генезис и физико-химические характеристики наноматериалов на различных стадиях синтеза и термической активации комплексом современных методов (низкотемпературная адсорбция азота, ДТА, ex situ и in situ РФА, ТПВ-H2, СЭМ, ПЭМ, EDX, HAADF-STEM, ЭСДО). Установлена взаимосвязь между условиями активации (температура, состав газовой среды, продолжительность) и физико-химическими свойствами (дисперсность, морфология, структура) наноматериалов. Впервые определены структурные и электронные свойства нанесенных металлсодержащих частиц в зависимости от состава оксидной матрицы; состава и содержания активного компонента; метода синтеза. Выявлено, что в отличие от Ni-, для NiM-систем в формы стабилизации катионов никеля увеличивается вклад наночастиц NiO, дисперсность которых возрастает в ряду состава активного компонента NiPt < NiCu < NiPd≈NiRe и оксидных матриц Ce-La-O < Ce-Mg-O < Ce-O. Впервые установлены закономерности in situ формирования каталитически активных биметаллических частиц путем направленной активации сложных оксидов. Показано, что в ходе восстановительной активации сложных оксидов происходит выход катионов никеля из структуры твердого раствора на основе диоксида церия и образование нанесенных на поверхность оксидной матрицы биметаллических частиц NiM. Температура начала перестройки структуры сложных оксидов определяется химическим составом образца и увеличивается в ряду состава активного компонента NiPt < NiCu < Ni < NiPd ≈ NiRe (300→350→500→600оС) и оксидной матрицы Сe-O < Ce-La-O (500→650oC). Наиболее дисперсные частицы формируются при использовании для синтеза материала метода сложноэфирных полимерных предшественников. Сочетание текстурных и структурных характеристик, высокодисперсного состояния нанесенных на поверхность оксидной матрицы биметаллических частиц позволяет ожидать высокой эффективности разработанных материалов в конверсии СO2 в ценные химические вещества.