Нанокатализаторы на основе солей переходных металлов: оценка стабильности и эффективности в промышленно значимых окислительно-восстановительных процессах

Актуальность

В современных реалиях почти 70% катализаторов представляют собой импортные формы, что снижает независимость и возможность развития отечественной химической технологии.


Значительный прирост производительности и технологическую независимость может предоставить такая технология как нанокатализаторы.


Нанокатализаторы - это гетерогенные катализаторы, расщепленные на металлические наночастицы с целью усиления каталитического процесса.


Наночастицы оксидов металлов имеют большую площадь поверхности, что может повысить каталитическую активность в сравнении с обычными катализаторами.


Основная рабочая гипотеза проекта состоит в том что уменьшение размера частиц способствует увеличению площади поверхности и тем самым способствует ускорению протекания реакции.


Объем производства катализаторов

Наши цель и задачи

Синтез нанокатализаторов на основе переходных металлов и определение их стабильности и эффективность в некоторых модельных средах - наша цель

  • Синтез наночастиц
    Достигался золь-гель методом, отжигом и получением аэрогелей.
  • Подтверждение структуры
    Морфология структуры и наноразмерность подтверждалась с применением АСМ. Рамановские спектры содержали информацию о качественном составе.
  • Оценка активности
    Каталитическая активность катализаторов проводилась как на модельных средах, так и на более сложных, органических системах.

Наша проектная команда

Змитриченко Мария Сергеевна
Барсукова Алена Алексеевна
Сидякина Полина Александровна
Выхристюк Елизавета Юрьевна
Кичменев Иван Дмитриевич
Руководитель проекта:
Соков Сергей Александрович
Стажеры:
Осинцев Тимофей Александрович
Зебрева Маргарита Михайловна

Для подтверждения наноразмерности катализаторов мы использовали АСМ. Чтобы закрепить образцы на АСМ, мы подготавливали специальные подложки и методом Spin coating с дальнейшим нанесением на них суспензии с частицами.


Spin coating

Анализ АСМ-кадров наночастиц ZnO показал развитую поверхность со средним диаметром частиц 100 нм и высотой до 80 нм. Повышенная площадь поверхности может способствовать увеличенной каталитической активности.

В других случаях также наблюдается образование наноразмерных частиц сферической или чешуйчатой формы с формированием агломераций.

АСМ-кадр наночастиц ZnO

Рамановская спектроскопия позволяет однозначно подтвердить строение полученных наночастиц.

Например, в случае оксида железа (III) наблюдаются все характерные полосы. В остальных случаях спектры сходны с литературными данными.

Рамановский спектр оксида железа (III)

Рамановские спектры были записаны на приборе RAMOS E200, для анализа размера частиц были использованы СММ-2000 и NTEGRA ACADEMIA. Исследование кинетики проведено с использованием фотометрии.

Процесс измельчения частиц

Каталитическое разложение пероксида водорода показало высокую каталитическую активность наночастиц оксидов некоторых металлов. В частности, наночастицы CuO имеют активность в три раза большую нежели CuO.

Это позволяет предположить возможность применения таких катализаторов в низкотемпературной конверсии в производстве аммиака.

Каталитическое разложение пероксида водорода

Исследование на модельных средах позволило выделить наиболее эффективные катализаторы, аналоги которых используются в промышленности. Так, наибольшую активность проявили оксиды меди и никеля.

Наша команда обладает всеми нужными компетенциями, оборудованием и опытом для работы в области нанокатализа и химической кинетике.

Приготовление прекурсоров

  • 1
    Доказана применимость наночастиц оксидов металлов и их смесей в качестве аналогов макроразмерным катализаторах на нескольких модельных средах
  • 2
    Показана эффективность смесей в фотокаталитических реакциях разложения метиленового синего. В отдельных случаях эффективность возрастает до 2.5 раз
  • 3
    В случае разложения пероксида водорода константа скорости реакции в 14 раз превышает показатели для макроразмерных аналогов
  • 4
    Впервые показана возможность применения нанокатализаторов для синтеза гидразонов на основе винилацетиленовых кетонов
  • 5
    Отмечена прямая зависимость каталитической активности от размера частиц. Наибольшая каталитическая активность достигается для оксида никеля со средним диаметром 20 нм
Что будет дальше?
  • Дополнительные исследования каталитической активности
  • Промышленные исследования на реальных системах
  • Подготовка патента
  • Изучение зависимости активности от размера частиц
Задайте нам вопрос
Телефон: +79379323183
Почта: iio211324@gmail.com
Все фотографии и тексты принадлежат их владельцам и используются в демонстрационных целях. Пожалуйста, не используйте контент шаблона в коммерческих целях.