Рациональный дизайн наукоемких наноструктурированных каталитических материалов для многофазных периодических процессов

Проект направлен на обеспечение понимания корреляции структура-свойство и создание обоснованной рациональной платформы для разработки наноструктурированных металлосодержащих полимерных катализаторов. В рамках проекта будут проведены работы по синтезу, исследованию химических и физических свойств сшитых полимерных матриц и их использованию для формирования и стабилизации моно- и биметаллических наночастиц и кластеров, с целью обеспечения высоких выходов целевых продуктов в выбранных многофазных каталитических реакциях. Таким образом, будут получены данные фундаментального характера, которые станут основой рационального дизайна наноструктурированных катализаторов для промышленно значимых периодических процессов.Основная идея синтеза палладиевых каталитических систем – использование наноструктурированных сверхсшитых ароматических полимеров (САП) для формирования наночастиц палладия с контролируемой морфологией. В зависимости от типа полимерной матрицы и морфологии наночастиц Pd, внедренных в САП, можно варьировать каталитические свойства таких систем. В свою очередь, морфология наночастиц, их размер и распределение по размерам существенно зависят от типа САП, в котором они формируются, от наличия в САП функциональных групп и наноструктурных образований. Для обеспечения контроля над ростом образующихся наночастиц Pd будет использовано несколько преимуществ САП: высокая удельная площадь поверхности; преобладание микропористости при одновременной возможности контроля над соотношением микро-, мезо- и макропор; ароматическая природа; высокая химическая и термическая стабильность; возможность дополнительной функционализации мономеров или включения мономеров гетероциклической природы.САП, наряду с высокой удельной площадью поверхности обладают высокой механической, термической и химической стабильностью в отличие от полимеров, в составе которых мономеры соединены, например, сложноэфирными или амидными связями. Последнее обстоятельство дает возможность использовать ароматические полимеры в реакциях, протекающих в водной среде в присутствии кислот или щелочей. При этом, несмотря на гидрофобную природу таких полимеров, существуют возможности для гидрофилизации их поверхности путем введения дополнительных ионогенных групп в качестве заместителей, что существенно расширяет круг практического применения наноструктурированных САП в роли носителей каталитически активной фазы. Таким образом, будет проведено исследование формирования наночастиц палладия в таких функционализированных и нефункционализироавнных САП, как, например, сверхсшитый полистирол (СПС) с разной степенью сшивки и пористостью. При этом будут варьироваться не только тип полимера, но и концентрация прекурсора Pd, наличие и природа второго металла-модификатора, а также способ восстановления палладия.Таким образом, СПС является очень интересным объектом для создания новых каталитических систем, поскольку может играть роль как наноструктурированной матрицы для контроля над ростом частиц, так и носителя для каталитически активных частиц. Больше того, поскольку СПС способен набухать в любых растворителях, доступ к каталитическим центрам должен обеспечиваться практически для всех реакционных сред. Однако до настоящего времени отсутствует комплексный подход к синтезу катализаторов на основе СПС (в частности, Pd-содержащих систем), который бы учитывал особенности многофазных каталитических процессов, для которых предназначены катализаторы на основе СПС, и выбранных реакторов. В представленном проекте предлагается разработать универсальный подход для дизайна гетерогенных катализаторов на основе наночастиц Pd, стабилизированных СПС, для следующих периодических жидкофазных процессов: гидрирование алкинолов и ароматических соединений, гидродеоксигенирование, кросс-сочетание (Хека, Сузуки и Соногашира).