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

В целях повышения стабильности работы реакторов при каталитическом синтезе МУНТ исследованы критические условия потери гомогенности псевдоожиженного слоя. Получены и исследованы эффективные биокатализаторы на основе рекомбинантной липазы (rPichia/lip), иммобилизованные на аэрогеле из МУНТ. С использованием полимерных композитов, модифицированных МУНТ, выявлены общие закономерностей формирования электромагнитного отклика полимерных композитов в широком диапазоне частот. Получены керамические композиты на основе гидроксоапатита, модифицированные МУНТ, с улучшенными механическими свойствами. Разработан метод получения перспективных композитов SiC-МУНТ. Разработаны способы синтеза микродисперсных сплавных катализаторов на основе никеля с использованием методов соосаждения и механохимического сплавления металлов. Изучена каталитическая активность металлических и смешанных оксидных катализаторов в реакции разложения обычных и функционализированных углеводородов с получением углеродных наноматериалов. Показано, что добавление Mo и W способствует увеличению активности катализатора Ni-M в разложении C2H4Cl2 и C2HCl3 в 2-20 раз. Отработаны способы получения O- и N-содержащих углеродных нановолокон с применением методов «one pot» и постфункционализации. На основе углеродных нановолокон синтезирован ряд сульфофункционализированных углеродных катализаторов и исследована их каталитическая активность в процессе трансэтерификации олеиновой кислоты этанолом. Разработаны методы синтеза нанокристалллических образцов алюминатов кальция с высокой удельной поверхностью в водной среде и по аэрогельной методике, а также катализаторов на их основе. Удельная поверхность синтезированных аэрогелей достигает 515 м2/г. Применение систем M-Mg-O (M = Cu, Ni, Co, Fe) в качестве сокатализатора позволяет повысить выход этилена в реакции дегидрирования этана. Метод лазерного электродиспергирования позволил нанести высокодисперсные частицы палладия, устойчивые к спеканию, на носителях Al2O3 и цеолита ZSM-5. Показана перспектива частичной замены Rh на Ir в трёхмаршрутных катализаторах, что позволяет снизить их стоимость. Впервые продемонстрирована возможность прямого переноса электрона между ароматическими молекулами бензола и 1,3,5-триметилбензола, локализованными, соответственно, внутри и снаружи каналов цеолита ZSM-5. Синтезированы наноструктурированные FeAlO/FeAl композиты, армированные пенометаллами, и исследованы их физические свойства. Изучены закономерности формирования оксидных образцов LaCuxCoyTi1-x-yO3 с развитой поверхностью для конверсии синтез-газа в ценные продукты. Разработан многокомпонентный оксидный катализатор оптимального состава 50 вес.% (K0.15-0.2Mo10-12 Bi1-2 Fe1.5-2Ni4-6Sb10-12) 50 вес.% SiO2, обеспечивающий высокий выход 1,3-бутадиена (81-88%) в реакции окислительного дегидрирования н-бутенов. Методами РФА и дифференцирующего растворения (ДР) показано, что смешанный антимонат (Bi0.4Ni0.4 Fe0.2)SbO4 со структурой рутила и молибдат никеля NiMoO4 являются основными компонентами активного катализатора. Установлено структурное устройство фазы смешанного антимоната (Bi0.4Ni0.4 Fe0.2)SbO4. Исследован процесс спекания оксида иттрия. При использовании подхода фазового поля разработана детальная математическая модель спекания Y2O3 в широком диапазоне температур. Разработанная модель позволяет рассчитать уменьшение удельной поверхности и объема пор оксида иттрия для пор в диапазоне от 3 до 70 нм. Модель позволила определить, что ступенчатый нагрев 600-900-1200°С приводит к снижению удельной поверхности оксида иттрия с 54 до 15 и 5 м2 /г, соответственно. Синтезированы и исследованы в реакции метанирования диоксида углерода новые катализаторы Ni/Y2O3. Система Ni/Y2O3 показала высокую каталитическую активность, сопоставимую с коммерческим катализатором НИАП-07-05, при меньшем содержании активного компонента (Ni). Выполнена работа по автоматизации анализа изотерм адсорбции с целью корректного распознавания типов петель капиллярно-конденсационного гистерезиса. На основе подходов машинного обучения разработан соответствующий классификатор, точность предсказания которого достигает 99% на использованных выборках. Представлены результаты исследования термической стабильности металлорганических каркасных полимеров MIL-101 и ZIF-8. Обсуждается обнаруженное двойственное влияние окислительных обработок на дисперсность нанесённых кластеров Pt. Показана возможность как полного диспергирования, так и быстрого спекания окисленных наночастиц. Исследованы перспективные анодные материалы TiNb2O7 (TNO) для высокомощных литий-ионных аккумуляторов повышенной ёмкости. Исследования проведены методом ЯМР кристаллографии, представленным комбинацией ЯМР спектроскопии твёрдого тела на ядрах 93Nb, 6,7Li, квантовохимическими расчётами и рентгеноструктурным анализом. Установлено, что в зависимости от времени химического литирования образуются однофазные (с низким содержанием лития ∼Li0.93) и двухфазные системы (с содержанием ∼Li1.28). Литирование влияет на локальное окружение атомов ниобия. Делитирование практически восстанавливает кристаллическую структуру TNO. Показано, что поверхность χ-Al2O3 способствует формированию более крупных частиц кобальта с большим содержанием ГПУ-упаковки по сравнению с γ-Al2O3 при сравнимых удельных поверхностях носителей. Решающую роль в таком поведении могут играть отличающиеся гидроксильные покровы граней, преобладающих на поверхностях частиц исследованных носителей. С использованием международной базы данных Chemical Abstracts Plus на платформе SciFinder проведен тематический и библиометрический анализ. Собран и структурирован массив метаданных публикаций за период 1960-2022 гг. журнала Кинетика и катализ (КиК), а также его переводной версии Kinetics and Catalysis (K&C) объёмом более чем 21.2 тыс. записей.