Новые металл-оксидные нанокомпозиты - катализаторы углекислотной конверсии метана

Разработаны методы криохимического синтеза твердых растворов Nd2-yCayNixCo1-xO4 (0<x<1; 0.5<y<1), Nd2-yCayNiO4 (0<y<0.4) и Nd2-ySryNiO4 (0<y<1.4) со структурой K2NiF4, впервые определены концентрационные границы их существования и изучены особенности изменения кристаллической структуры этих соединений при изменении соотношения катионов. Разработаны также методы криохимического синтеза соединений R1.5Ca0.5NiO4 (R = Sm, Eu) с аналогичной структурой и уточнены параметры их кристаллической структуры. При исследовании процессов высокотемпературного восстановления синтезированных соединений показано, что во всех исследуемых случаях процесс протекает в две отчетливо различимые стадии, последняя из которых завершается при T < 900 C и сопровождается образованием металлического кобальта, никеля или смеси кобальта с никелем и оксидов РЗЭ, кальция и стронция. Продукты такого восстановления в большинстве исследованных случаев имеют весьма специфическую микроструктуру, для которой характерно формирование сферических наночастиц никеля или кобальта на поверхности плотных агломератов более крупных частиц оксидных продуктов реакции, равномерно распределенных внутри агломератов. Несмотря на сравнительно малые значения удельной поверхности, практически все исследованные нанокомпозиты обладают достаточно высокими, а в ряде случаев - рекордными значениями каталитической активности и селективности в реакции углекислотной конверсии метана. Наиболее высокие значения этих параметров наблюдались при температурах 800-900 С. Сравнительный анализ каталитических свойств нанокомпозитов Ni/(R2O3,CaO), содержащих оксиды различных РЗЭ, показал что в ряду Nd2О3 → Sm2О3 → Eu2О3 наблюдается систематическое убывание каталитической активности исследуемых композитов. Влияние соотношения оксидов РЗЭ/ЩЗЭ в металлоксидном нанокомпозите на каталитические свойства композитов Ni/(Nd2O3,CaO)оказалось весьма незначительным. На зависимости каталитической активности и селективности композитов от соотношения Nd2O3/SrCO3 наблюдаются два отчетливых максимума при минимальных и при максимальных содержаниях стронция. Степень превращения метана и выходы CO и Н2 при 800 С в обоих случаях были близки к предельным значениям, определяемым термодинамическим равновесием в реакционной смеси газов при УКМ. Анализ устойчивости каталитических свойств исследуемых нанокомпозитов показал их высокую стабильность в условиях реакции УКМ при отсутствии значительных количеств углеродных отложений и других признаков химической деградации этих катализаторов. Основные научные результаты, полученные при выполнении проекта, опубликованы в известных международных научных журналах ACS Applied Energy Materials, Journal of Solid State Chemistry и Materials.