Каталитические материалы на основе металл-углеродных систем для гидрирования СО2 в муравьиную кислоту

Рoссия пo промышленным выбрoсам CO2 занимает четвертoе местo в мире после Китая, США и Индии. В настоящее время углекислый газ рассматривается не в качестве отходов, а в качестве сырья для получения продуктов с добавленной стоимостью. Поэтому создание эффективных технологий переработки СО2 является одной из приоритетных задач при разработке стратегий сдерживания глобального потепления и климатических изменений. С помощью реакции каталитического гидрирования СО2 можно получать широкий набор ценных продуктов (метан, СО, спирты, кислоты, альдегиды и т.д.). Одним из таких ценных продуктов является муравьиная кислота, которая широко используется в сельском хозяйстве, текстильной промышленности и медицине. Актуальность процесса получения муравьиной кислоты из СО2 усиливается появившимися недавно сведениями о возможности реализации с помощью СО2 цикла химического накопления водорода, включающего стадии образования и разложения муравьиной кислоты. В настоящее время основные усилия исследователей направлены на поиск эффективных гетерогенных металлических (Pd, Au, Ru, Rh, Ni, Fe) катализаторов. При этом, в связи с еще ограниченным количеством данных, вопросы об оптимальном составе и дисперсности (наночастицы или отдельные атомы) активных центров остаются открытыми. Разработка катализаторов на основе металлов и углеродных наноматериалов, содержащих активные центры различного состава и размера для активации водорода, СО2 и интермедиатов представляется одним из перспективных научных направлений для решения этой важной задачи. Углеродные наноматериалы обладают высоким потенциалом в качестве носителей металлических катализаторов вследствие возможности с их помощью проводить тонкую настройку характеристик нанесенных металлов, в том числе с участием встроенных азотных центров. Кроме того, с помощью углеродных носителей, синтезированных методом СCVD, можно моделировать активные центры с участием металлов, входящих в катализатор роста, и в результате создавать дополнительные конфигурации активных центров в катализаторах. Целью проекта является разработка нового подхода к получению муравьиной кислоты гидрированием СО2 с использованием каталитических материалов на основе металл-углеродных систем с активными центрами, состоящими из металлов катализаторов роста, нанесенных металлов и азотных центров. Для достижения поставленной цели будут разработаны оригинальные металл-углеродные системы на основе металлов и упорядоченных азот-содержащих углеродных наноматериалов, синтезированных методом CCVD. Моно- и би-дисперсные активные центры (наночастицы и/или атомы) будут сформированы с участием металлов катализаторов роста углеродных наноматериалов (Ni, Fe), нанесенных металлов (Pd, Ni) и азотных центров. Определенное сочетание различных прочно закрепленных центров для активации H2, СО2 и интермедиатов позволит решить проблему активности и стабильности таких систем в реакции гидрирования СО2 для получения муравьиной кислоты. Проект будет включать следующие основные направления: - разработка методов синтеза металл-углеродных систем с активными центрами, состоящими из металлов катализаторов роста, нанесенных металлов и азотных центров; - описание активных центров синтезированных металл-углеродных систем; - исследование реакции восстановления СО2 в муравьиную кислоту при изменении параметров процесса; - определение оптимальной структуры активных центров для реакции гидрирования СО2 в муравьиную кислоту.