Разработка подходов к синтезу биметаллических катализаторов путем селективной модификации нанесенных металлических наночастиц и оксидной подложки оксидами неблагородных металлов для реакций гидрирования и гидроаминирования

Разработка новых типов гетерогенных катализаторов для базовых процессов органической химии является как никогда востребованной отраслью современной химии с ее новыми требованиями к развитию экологичных и энергоэффективных процессов. Активная и стабильная каталитическая система – ключ к созданию новых химических технологий и модернизации уже имеющихся процессов. При этом также ключевым моментом является разработка методологий синтеза гетерогенных катализаторов и получения новых типов активных наносистем с регулируемой структурой и настраиваемыми свойствами. При синтезе катализаторов на основе наночастиц, нанесенных на оксидные подложки, важно создание обширной поверхности контакта наночастиц и носителя, обеспечивающей эффекты как электронного взаимодействия металл-носитель, так и геометрические эффекты на границе контакта (образований дефектов структуры оксидного носителя, кислородных вакансий). В свою очередь, эти эффекты будут влиять на физико-химические свойства катализатора. Особой интерес представляют биметаллические системы, в которых можно менять свойства катализатора за счет модификации активного компонента и / или оксидного носителя вторым металлом или оксидом, вследствие чего возникают эффекты синергетического взаимодействия фаз, т.е. свойства системы (активность, селективность, стабильность) меняются коренным образом, а не, как это следовало бы ожидать, простым сложением свойств каждого компонента. Это открывает огромные возможности в дизайне катализаторов. Такие системы активно разрабатываются и исследуются как в России, так и в международных научных центрах; в последние десятилетние сделан огромный прорыв в этой области. Настоящий проект посвящен разработке методов создания катализаторов на базе уникальных структур. Во-первых, это, так называемые, «обращенные» («перевернутые») катализаторы, в которых поверхность металлических наночастиц селективно модифицирована оксидом переходного металла. В дополнение к физическим изменениям, вызванными обращенной конфигурацией, оксидные наночастицы в инвертированной системе могут иметь электронные и химические свойства, отличающиеся от свойств обычных «объемных» оксидных носителей. Для металлических наночастиц, с нанесенным на поверхность оксидом металла, могут проявляться уникальные эффекты, связанные с малым размером нанесенных оксидных доменов, различиями в плотности поверхностных дефектов, и различных типов связывающих взаимодействий с металлом. С другой стороны, модификация самого носителя вторым оксидным компонентом также будет сказываться как на его текстурных и морфологических свойствах, так и на взаимодействии с нанесенными металлическими наночастицами и на их морфологических характеристиках. Особенно ярко подобные эффекты проявляются для подложек на базе легко восстанавливаемых («активных») оксидов. С этой точки зрения, интересна модификация легко восстанавливаемыми оксидами различных каталитически активных природных филлосиликатов, например, Cu2Si2O5(OH)2, полученных синтетическим путем. Таким образом, в проекте будут разработаны катализаторы с «обращенной» структурой на базе нанесенных наночастиц Pt и Pd и модифицированных оксидами Fe, W, Ce, Ni, Cr, Co, также будут получены наноразмерные смешанные оксиды – подложки на основе TiO2, CeO2, ZrO2, Al2O3, SiO2, в том число и модифицированные филлосиликаты для стабилизации наночастиц Pt, Ni, Cu. Каталитические свойства полученных систем будут исследованы в реакциях гидрирования и гидроаминирования, в том числе и биодоступных соединений, с целью получения спиртов и аминов в мягких условиях. Все это позволяет рассматривать настоящий проект как объединение фундаментальной науки и практически значимого исследования в рамках перехода к импортозамещению и суверенным каталитическим технологиям в химической промышленности.