Разработка методов контролируемого синтеза функциональных, наноструктурированных и композиционных материалов для задач химического материаловедения и катализа

Исследованы теплофизические свойства в зависимости от строения и способа обработки МУНТ, продемонстрированы возможности использования МУНТ в качестве носителей для катализаторов для реакций восстановления O2 и окисления воды; высокотемпературных липаз, нанодобавок для получения высокопрочных композитов на основе В4С, а также полимерных матриц на основе полистирола с ячеистой структурой. Обоснован выбор математической модели, описывающей процесс каталитического пиролиза природных смесей углеводородов с получением водорода и УНМ. Разработаны основы технологии синтеза сплавных предшественников катализаторов Ni-M (M = Cu, Cr, Mo, W) на основе одностадийного метода механохимического сплавления металлов. Изучено влияние параметров МХС на фазовый и гранулометрический состав сплавов. Установлено промотирующее действие W на активность никеля в разложении хлорзамещённых углеводородов. Исследован процесс формирования активных каталитических частиц в ходе дезинтеграции сплавов Ni1-xWx и Ni1-xCux в реакционной среде. Изучены перспективы использования полученных сплавов Ni-M в каталитическом пиролизе угле-водородов С2-С4 и полихлорированных углеводородов (C2H4Cl2, C2HCl3) с получением УНМ. C использованием «золь-гель» метода синтезированы двух- и трехкомпонентные оксидные системы состава 15 мас.% MOx-MgO (M = Fe, Co, Ni, Cu, Ni+Mo). Разработан темплатный метод получения N-графена, содержащего от 2 до 5 мас. % азота, с высокой поверхностью (1200-1400 м2/г). Изучено влияние температуры синтеза материала на степень дефектности и концентрацию гетероатомов (N, B). Изучена эволюция структурных характеристик алюмината кальция при его прокалке на воздухе и в аргоне в широком диапазоне температур. Синтезированы аэрогели алюмината кальция с удельной поверхностью после сушки в автоклаве от 330 м2/г. Разработана методика непрерывного сольвотермального синтеза сложных оксидов со структурой шпинели AB2O4 в среде сверхкритического изопропанола в проточном реакторе. Разработаны многокомпонентные катализаторы (KMoBiSbNiFeOx)/50 вес %. SiO2, обеспечивающие высокий выход 1,3-бутадиена в реакции окислительного дегидрирования н-бутенов. Получены перовскитоподобные оксиды состава LaCoxCu1-x-yTiyO3/KIT-6 и LayAg1-yCoxCu1-xO3/KIT-6 с высокой дисперсностью. Путём механохимической активации синтезирован порошкообразный сплав 33Al-45Cu-22Fe (ат.%) в две стадии. Разработаны стекловолокнистые Pt-Pd катализаторы (СВК) для низкотемпературно-го окисления CH4. Установлено, что максимальная активность достигается при атомном соотношением Pt/Pd=1/3. Энергия активации метана на Pt-Pd СВК составила около 100 кДж/моль. Найдено, что при взаимодействии паров уксусной кислоты с Pt-ReOx/TiO2 катализатором при 200°C образуются два типа соединений: бидентатно адсорбированные мостиковые ацетаты и молекулярно-адсорбированная уксусная кислота. Последняя форма представляется ключевым интермедиатом в процессе гидрирования CH3COOH. Получен набор адсорбционных данных на углероде, модифицированном N, P, драг-металлами, МФМ, катионных и анионных (на примере моэнита) решётках. Получены экспериментальные адсорбционные данные по температурно-программируемой десорбции и замещению адсорбированного H2 моноксидом углерода на высокодисперсных катализаторах Pt/γ-Al2O3 (0.5-2.5%) при различных термических обработках в нейтральной и восстановительной среде. Показана возможность частичного окисления кластеров Pt, образования анионных вакансий в носителе и структурной перестройки кластеров. Разработана модель подвижной структуры для описания процессов адсорбции в металл-органической структуре CAU-10-X. Методом ЯМР кристаллографии определено строение ванадиевых центров на разных гранях оксида алюминия в VOx/Al2O3 катализаторах. Проведено сравнение модельных центров оксида ванадия с данными метода твердотельной 51V ЯМР-спектроскопии. Сравнение симулированных спектров 51V ЯМР теоретических центров с экспериментальными позволило найти центры, наиболее вероятно присутствующие на поверхности реальных нанесённых катализаторов. Вычислены пути реакции окислительного дегидрирования пропана на выбранном поверхностном центре оксида ванадия на грани (111). Использована комбинация методов 59Co ЯМР спектроскопии во внутреннем поле (ЯМР 59Co IF) и ферро-магнитного резонанса (ФМР) на образце наночастиц металлического Co во внутренних каналах МУНТ. Эксперименты 59Co IF по ЯМР и ФМР при разных Т позволили установить тепловую блокировку суперпарамагнитных частиц в соответствии с объёмным распределением частиц (ПЭМ). Показано преимущество одновременного применения 59Co ЯМР спектроскопии во внутреннем поле образца и спектроскопия ФМР для исследования кристаллической структуры и размера наночастиц Co.