Международный проект нашего коллектива "Ион-имплантированные двумерные материалы для одноцентрового катализа" был поддержан Российским фондом фундаментальных исследований в рамках международного конкурса 2020 года «ЭРА_т Конкурс инициативных научных проектов, проводимый РФФИ совместно с организациями-участниками программы "ERA.Net RUS plus"»
Разработка катализаторов для многих химических процессов ставило своей целью уменьшение размера частиц каталитически активных элементов. Нижней границей этой тенденции можно назвать фиксацию отдельных каталитически активных атомов на поверхности различных подложек. Такие одноцентровые катализаторы (ОЦК) можно рассматривать как предельный случай гетерогенных катализаторов, когда размер активных наночастиц металлов, традиционно используемых в гетерогенном катализе, уменьшается до размера одного атома. Исследование ОЦК является одной из самых инновационных и быстро развивающихся областей материаловедения. Несмотря на определенный достигнутый прогресс, дальнейшему развитию области препятствуют недостатки существующих химических методов, традиционно используемых для производства соответствующих материалов, например агломерация атомов и частиц на поверхности, а также их проникновение в объем материала подложки. В то же время, последние успехи в области синтеза различных наноструктур с высоким отношением поверхности к объему, которые являются идеальными подложками для ОАК, а также успехи в контролируемой низкоэнергетической ионной имплантации (ИИ), открывают уникальные новые возможности в области катализа для дальнейшей разработки и получения недорогих и высокоэффективных гибридных нанокатализаторов. К одним из наиболее современных наноструктурных материалов с высокой удельной поверхностью относят h-BN и g-CN. Разработка высокоэффективных ОЦК на их основе с применением переходных металлов открывает широкие возможности по изучению и развитию одного из наиболее инновационных направлений на стыке материаловедения и катализа в последние годы - одноцентрового катализа на наноструктурах. В рамках данного проекта с применением междисциплинарного подхода, подразумевающего использование передовых физических и химических методов, а также современного теоретического моделирования, предлагается разработка и всестороннее изучение новых ОЦК. Для этого будет проведен синтез двумерных наноструктур h-BN и g-CN, разработаны способы их функционализации путем гидрирования, хлорирования, фторирования, а также контроля дефектной структуры с целью управления сорбционными характеристиками подложек. Будут определены наиболее эффективные схемы синтеза ОЦК на основе модифицированных h-BN и g-CN и проведена всесторонняя оценка их каталитических характеристик в реакциях имеющих большое фундаментальное и практическое значение: окисление монооксида углерода и риформинг метана. Методами теоретического моделирования будут изучены особенности электронного строения ОЦК, их адсорбционные свойства, а также энергетические барьеры в исследуемых химических реакциях.
Основными результатами проекта будет разработка технологий получения новых видов наноматериалов, совершенствование процесса низкоэнергетической ИИ, фундаментальное понимание взаимосвязи атомной и электронной структур материала и его каталитических свойств, теоретическое моделирование и экспериментальный поиск наиболее эффективных металлов и методов их активации для конкретных каталитических реакций.
Данный проект будет выполняться усилиями нашего коллектива, а также нашими коллегами из НИТУ МИСиС (лаборатория Неорганические наноматериалы). Возглавляет проект д.ф.-м.н. Сорокин Павел Борисович. Со стороны Германии проект возглавляет проф. Стефан Факско (Центр Гельмгольца Дрезден-Россендорф, Дрезден), со стороны Греции - проф. Константинос Триантафиллидис (Университет Аристотеля в Салониках, Салоники)
ghbjmbnmnb
Comentários