Азот-содержащие углеродные наноматериалы - новое поколение носителей и катализаторов для "зеленых" процессов селективного жидкофазного окисления

Селективное жидкофазное окисление (СЖО) органических соединений с применением «зеленых» окислителей, таких как молекулярный кислород и пероксид водорода, является одним из наиболее экономичных и безопасных для окружающей среды путей получения кислородсодержащих продуктов в органическом синтезе. Создание высокоактивных и селективных гетерогенных катализаторов, не подверженных вымыванию активного компонента под воздействием реакционной среды, содержащей сильные комплексообразователи - водный пероксид водорода и (ди)карбоновые кислоты, является одной из самых сложных, нерешенных задач жидкофазного окислительного катализа. На решение данной задачи направлен предлагаемый проект, посвященный разработке нового поколения твердофазных катализаторов на основе азотсодержащих углеродных наноматериалов (N-УНМ). В качестве активного компонента таких катализаторов будут использованы термодинамически устойчивые к окислению и гидролизу анионные металл-кислородные кластеры – полиоксометаллаты (ПОМ), способные активировать «зеленые» окислители, а в качестве носителя – два вида N-УНМ: нанотрубки и нановолокна. Наличие разных типов азота в структуре УНМ позволит осуществить квазимолекулярное распределение активного компонента на поверхности носителя и его прочное закрепление, а уникальная морфология и адсорбционные свойства УНМ позволят легко осуществлять процессы отделения катализатора, его регенерации и многократного использования. Поскольку N-УНМ сами по себе обладают способностью осуществлять редокс-превращения в определенных условиях, в ряде случаев можно ожидать проявления синергизма от комбинации нанесенного ПОМ и N-УНМ. Основными задачами проекта будут разработка методов направленного синтеза нанесенных катализаторов ПОМ/N-УНМ, исследование их строения, физико-химических и каталитических свойств в реакциях окисления органических соединений различных классов (алканов, алкенов, спиртов, диолов и др.), выяснение факторов, влияющих на активность, селективность, продуктивность и устойчивость таких катализаторов, а также механизмов окислительного катализа. Знания, полученные в ходе выполнения данного проекта, заложат фундамент для создания новых экологически безопасных, энерго- и ресурсосберегающих технологий органического синтеза и будут способствовать развитию теории предвидения каталитических свойств.