Создание методологии направленного формирования активных центров с заданной структурой в биметаллических катализаторах на основе палладия с использованием эффектов адсорбционно-индуцированной сегрегации

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-13-00285

НазваниеСоздание методологии направленного формирования активных центров с заданной структурой в биметаллических катализаторах на основе палладия с использованием эффектов адсорбционно-индуцированной сегрегации

Руководитель Зубавичус Ян Витаутасович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук" , Новосибирская обл

Конкурс №35 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-403 - Гомогенный катализ и гетерогенный катализ

Ключевые слова Нанесенные катализаторы, селективное гидрирование, биметаллические наночастицы, интерметаллиды, твердые растворы замещения , Pd-In, Pd-Ga, Pd-Ag, Pd-Au, сегрегационная устойчивость, адсорбционно-индуцированная микрофазовая сегрегация, конструирование активных центров

Код ГРНТИ31.15.28 31.15.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на создание методов управления структурой активных центров в биметаллических катализаторах на основе наночастиц Pd-M (M = Ga, In, Ag, Au). Разрабатываемая методология будет основана на использовании явления адсорбционно-индуцированной сегрегации, в основе которого лежит эффект обогащения поверхности биметаллической частицы одним из ее компонентов при обработке реакционными газами или их смесями (например, CO, O2, H2, легкие углеводороды и пр.). Данный подход может быть применен для атомарного конструирования активных центров, обладающих уникальными каталитическими характеристиками и способных сохраняться в условиях протекания каталитической реакции. В ходе выполнения проекта метод адсорбционнно-индуцированной сегрегации будет использован для направленного изменения структуры поверхности наночастиц Pd-M двух типов - наночастиц с интерметаллидным сверхструктурным упорядочением (Pd-In и Pd-Ga) и наночастиц, обладающих структурой статистического твердого раствора замещения (Pd-Ag и Pd-Au). В рамках проекта будет проведено систематическое сравнительное исследование характера протекания сегрегационных процессов в биметаллических наночастицах этих типов. В результате будут определены условия постсинтетической активационной предобработки, позволяющие формировать на поверхности биметаллических катализаторов активные центры различных типов, таких как: изолированные атомы Pd1 (single-atom sites), мультиатомные поверхностные кластеры Pdn различной нуклеарности, металл-оксидные структуры и др. Каталитические характеристики синтезированных катализаторов будут изучены в реакциях селективного гидрирования алкиновых соединений (ацетилен, пропин, фенилацетилен и др.) в соответствующие алкены для выявления взаимосвязи между структурой активных центров и их каталитическими характеристиками. Для более подробного выяснения закономерностей и механизмов формирования активных центров на поверхности биметаллических частиц с использованием явления адсорбционно-индуцированной сегрегации результаты, полученные для реальных каталитических систем (биметаллические наночастицы нанесены на пористые носители), будут сравниваться с данными для модельных образцов (металлы нанесены на поверхность планарных носителей). Основные этапы генезиса реакционных центров будут исследоваться с использованием комплекса современных физико-химических методов, включая ex situ и in situ варианты РФЭС, СТМ, ПЭМ, EXAFS, порошковую дифракцию, ИК-спектроскопию молекулярных зондов (прежде всего, CO) в режимах PM-IRAS (для модельных систем) и DRIFTS (для реальных катализаторов) с привлечением квантово-химического моделирования. Фундаментальные закономерности формирования активных центров, определенные при изучении модельных систем, будут использованы для разработки методов управления структурой поверхности наночастиц Pd-M в реальных каталитических системах. Исследование каталитических свойств реальных биметаллических образцов в реакциях селективного гидрирования в зависимости от структуры активных центров, сформированных на внешней поверхности биметаллической наночастицы, позволит выявить катализаторы с наиболее оптимальным составом и структурой активных центров, что позволит предложить наиболее эффективные методики их приготовления. Таким образом, будет полностью реализован фундаментальный подход к разработке катализаторов, заключающийся в том, что детальное исследование структуры активных центров, в том числе с использованием модельных образцов, будет служить основой разработки методов молекулярного дизайна новых каталитических систем.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Смирнова Н.С., Марков П.В., Баева Г.Н.,Рассолов А.В., Машковский И.С., Бухтияров А.В.,Просвирин И.П., Панафидин М.А., Зубавичус Я.В., Бухтияров В.И., Стахеев А.Ю. CO-induced segregation as an efficient tool to control the surface composition and catalytic performance of PdAg3/Al2O3 catalyst Mendeleev Communications, Vol. 29, Iss. 5, pp. 547-549 (год публикации - 2019)
10.1016/j.mencom.2019.09.023

2. Марков П.В., Бухтияров А.В., Машковский И.С., Смирнова Н.С., Просвирин И.П., Винокуров З.С., Панафидин М.А., Баева Г.Н., Зубавичус Я.В., Бухтияров В.И., Стахеев А.Ю. PdIn/Al2O3 Intermetallic Catalyst: Structure and Catalytic Characteristics in Selective Hydrogenation of Acetylene Kinetics and Catalysis, Vol. 60, N. 6, pp. 838–845. (год публикации - 2019)
10.1134/S0023158419060065

3. Машковский И.С.,Марков П.В.,Смирнова Н.С.,Баева Г.Н.,Бухтияров А.В.,Зубавичус Я.В.,Бухтияров В.И.,Стахеев А.Ю. Pd-In intermetallic nanoparticles with Pd1 site-isolated active centers in selective gas-phase acetylene hydrogenation The International Conference "Catalysis and Organic Synthesis" (ICCOS-2019), Moscow, (Russia), September 15-20, 2019, book of abstracts, p. 181, p. 181. (год публикации - 2019)

4. Смирнова Н.С., Храмов Е.В., Машковский И.С., Баева Г.Н., Брагина Г.О., Бухтияров А.В., Просвирин И.П., Зубавичус Я.В., Бухтияров В.И., Стахеев А.Ю. In-situ XAFS and DRIFTS investigation of bulk and surface phase transformations of PdIn/Al2O3 catalyst during oxidative and reductive treatments The International Conference "Catalysis and Organic Synthesis" (ICCOS-2019), Moscow, (Russia), September 15-20, 2019, book of abstracts, p. 227, p. 227. (год публикации - 2019)

5. Бухтияров А.В., Просвирин И.П., Маматкулов М., Юданов И.В., Клюшин А.Ю., Кноп-Герике А., Нейман К.М., Бухтияров В.И. CO Oxidation on the Model Pd-Au/HOPG Catalysts: NAP XPS and MS Study XI International Conference Mechanisms of Catalytic Reactions. Sochi, Krasnodar Region, Russia, October 7-11, 2019. Abstracts. P. 53-54., P. 53-54. (год публикации - 2019)

6. Марков П.В., Смирнова Н.С., Баева Г.Н., Бухтияров А.В., Машковский И.С., Стахеев A.Yu. Intermetallic PdxIny/Al2O3 catalysts with isolated single-atom Pd sites for one-pot hydrogenation of diphenylacetylene into trans-stilbene Mendeleev Communications, V. 30. P. 468–471 (год публикации - 2020)
10.1016/j.mencom.2020.07.020

7. Рассолов А.В., Брагина Г.О., Баева Г.Н., Смирнова Н.С., Казаков А.В., Машковский И.С., Бухтияров А.В., Зубавичус Я.В., Стахеев А.Ю. Formation of Isolated Single-Atom Pd1 Sites on the Surface of Pd–Ag/Al2O3 Bimetallic Catalysts Kinetics and Catalysis, V. 61. №5. P. 758-767 (год публикации - 2020)
10.1134/S0023158420050080

8. Бухтияров А.В., Панафидин М.А., Четырин И.А., Просвирин И.П., Машковский И.С., Смирнова Н.С., Марков П.В., Зубавичус Я.В., Стахеев А.Ю., Бухтияров В.И. Intermetallic Pd-In/HOPG model catalysts: Reversible tuning the surface structure by O2-induced segregation Applied Surface Science, V. 525. P. 146493-1-8 (год публикации - 2020)
10.1016/j.apsusc.2020.146493

9. Смирнова Н.С., Храмов Е.В., Машковский И.С., Баева Г.Н., Брагина Г.О., Марков П.В., Бухтияров А.В., Просвирин И.П., Зубавичус Я.В., Бухтияров В.И., Стахеев А.Ю. Исследование фазовых превращений Pd-In/Al2O3 катализатора в ходе окислительных и восстановительных превращений методами in situ XAFS и DRIFTS Сборник тезисов докладов Всероссийской конференции МИССФМ-3. Новосибирск : ИК СО РАН, 2020., С. 50-51 (год публикации - 2020)

10. Смирнова Н.С., Марков П.В.,Машковский И.С., Бухтияров А.В., Просвирин И.П., Зубавичус Я.В., Стахеев А.Ю. АДСОРБЦИОННО-ИНДУЦИРОВАННАЯ СЕГРЕГАЦИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО Pd–Ag КАТАЛИЗАТОРА Сборник тезисов докладов Всероссийской научной молодежной школы-конференции «Химия под знаком СИГМА». Новосибирск : ИК СО РАН, 2020., С. 119 (год публикации - 2020)

11. Панафидин М.А., Бухтияров А.В.,Просвирин И.П.,Четырин И.А.,Зубавичус Я.В., Бухтияров В.И., Стахеев А.Ю. МОДЕЛЬНЫЕ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ Pd-In/ВОПГ КАТАЛИЗАТОРЫ: ПРИГОТОВЛЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДАМИ РФЭС И СТМ Сборник тезисов докладов Всероссийской научной молодежной школы-конференции «Химия под знаком СИГМА». Новосибирск : ИК СО РАН, 2020., С. 198-199 (год публикации - 2020)

12. Панафидин М.А., Бухтияров А.В., Просвирин И.П., Четырин И.А., Клюшин А.Ю., Зубавичус Я.В., Стахеев А.Ю., Бухтияров В.И. O2-induced segregation as an efficient tool for fine-tuning the intermetallic Pd-In/HOPG surface structure CONFERENCE ABSTRACTS International Student Conference “Science and Progress”. SPb.: SBORKA, 2020, P. 73 (год публикации - 2020)

13. Рассолов А.В., Иванов Г.А., Брагина Г.О., Баева Г.Н., Смирнова Н.С., Казаков А.В., Усачев Н.Я., Стахеев А.Ю. High-Selective Catalyst Based on Intermetallic Rh1In1 Particles for Nitrobenzene Hydrogenation Kinetics and Catalysis, Vol. 62, No. 5, pp. 641–650. (год публикации - 2021)
10.1134/S0023158421050062

14. Смирнова Н.С., Храмов Е.В., Столяров И.П., Якушев И.А., Баева Г.Н., Брагина Г.О., Белова Е.В., Ищенко А.В., Попова А.С., Зубавичус Я.В., Варгафтик М.Н., Стахеев А.Ю. Nanostructured PtZn intermetallic compound: Controlled formation from PtZn(CH3COO)4 molecular precursor and tests of catalytic properties Intermetallics, Том: 132, Номер статьи : 107160, Страниц : 10 (год публикации - 2021)
10.1016/j.intermet.2021.107160

15. Рассолов А.В., Машковский И.С., Брагина Г.О., Баева Г.Н., Марков П.В., Смирнова Н.С., Варна Дж., Стахеев А.Ю. Мурзин Д.Ю. Kinetics of liquid-phase diphenylacetylene hydrogenation on “single-atom alloy” Pd-Ag catalyst: Experimental study and kinetic analysis Molecular Catalysis, Volume: 506 Paper number: 111550 Number of pages: 11 (год публикации - 2021)
10.1016/j.mcat.2021.111550

16. Смирнова Н.С., Храмов Е.В., Баева Г.Н., Марков П.В., Бухтияров А.В., Зубавичус Я.В., Стахеев А.Ю. An Investigation into the Bulk and Surface Phase Transformations of Bimetallic Pd-In/Al2O3 Catalyst during Reductive and Oxidative Treatments In Situ Catalysts, Том: 11, Номер: 7, Номер статьи : 859, Страниц : 11 (год публикации - 2021)
10.3390/catal11070859

17. Смирнова Н.С., Машковский И.С., Марков П.В., Бухтияров А.В., Баева Г.Н., Фальсиг Х., Стахеев А.Ю. Local Structure of Pd1 Single Sites on the Surface of PdIn Intermetallic Nanoparticles: A Combined DFT and CO-DRIFTS Study Catalysts, Том: 11, Выпуск: 11, Номер статьи: 1376, Количество страниц: 10 (год публикации - 2021)
10.3390/catal11111376

18. Панафидин М.А., Бухтияров А.В., Просвирин И.П., Четырин И.А., Клюшин А.Ю., Кноп-Герике А., Смирнова Н.С., Марков П.В., Машковский И.С., Зубавичус Я.В., Стахеев А.Ю., Бухтияров В.И. A mild post-synthesis oxidative treatment of Pd-In/HOPG bimetallic catalysts as a tool of their surface structure fine tuning Applied Surface Science, Том: 571, Номер статьи : 151350, Страниц : 10 (год публикации - 2022)
10.1016/j.apsusc.2021.151350

19. Четырин И.А., Федоров А.Ю., Бухтияров А.В., Просвирин И.П., Шаворский А., Зубавичус Я.В., Бухтияров В.И. CO Oxidation Reaction over Pd-Au/Ir Film: NAP XPS and MS Study Catalyst Design: From Molecular to Industrial Level : 6th International School-Conference on Catalysis for Young Scientists, Abstracts (May 16-19, 2021, Novosibirsk, Russia) [Electronic resource] Сборник, ИК СО РАН. 2021. 360 c., C.192.PP-II-3 (год публикации - 2021)

20. Смирнова Н.С., Баева Г.Н., Машковский И.С., Бухтияров А.В., Просвирин И.П., Зубавичус Я.В., Бухтияров В.И., Стахеев А.Ю. Investigation of CO-Induced Segregation on the Surface of Bimetallic Pd-Ag Catalyst by CO-DRIFTS and XPS Catalyst Design: From Molecular to Industrial Level : 6th International School-Conference on Catalysis for Young Scientists, Abstracts (May 16-19, 2021, Novosibirsk, Russia) [Electronic resource] Сборник, ИК СО РАН. 2021. 360 c. ISBN 9785906376336., C.199.PP-II-9 (год публикации - 2021)

21. Панафидин М.А., Бухтияров А.В., Просвирин И.П., Четырин И.А., Клюшин А.Ю., Зубавичус Я.В., Стахеев А.Ю., Бухтияров В.И. O2-Induced Segregation as an Efficient Tool for Fine-Tuning the Intermetallic Pd-In/HOPG Surface Structure Catalyst Design: From Molecular to Industrial Level : 6th International School-Conference on Catalysis for Young Scientists, Abstracts (May 16-19, 2021, Novosibirsk, Russia) [Electronic resource] Сборник, ИК СО РАН. 2021. 360 c., C.57-58.OP-II-8 (год публикации - 2021)

22. Панафидин М.А., Бухтияров А.В., Просвирин И.П., Четырин И.А., Клюшин А.Ю., Зубавичус Я.В., Стахеев А.Ю., Бухтияров В.И. O2- и CO-индуцированные сегрегации как способы управления составом поверхности модельного Pd-In/ВОПГ катализатора РОСКАТАЛИЗ. IV Российский конгресс по катализу : Сборник тезисов докладов Сборник, 2021. 937 c., Номер статьи : УДм-1, Страницы : 303-304, Страниц : 2 (год публикации - 2021)

23. Четырин И.А., Бухтияров А.В., Федоров А.Ю., Просвирин И.П., Шаворский А., Зубавичус Я.В., Бухтияров В.И. Изучение модельного массивного Pd-Au/Ir катализатора в реакции окисления CO методами in situ РФЭС и масс-спектрометрии РОСКАТАЛИЗ. IV Российский конгресс по катализу : Сборник тезисов докладов Сборник, 2021. 937 c., Номер статьи : УДм-17, Страницы : 335-336, Страниц : 2 (год публикации - 2021)

24. Панафидин М.А., Бухтияров А.В., Просвирин И.П., Четырин И.П., Клюшин А.Ю., Кноп-Герике А., Смирнова Н.С., Марков П.В., Машковский И.С., Зубавичус Я.В., Стахеев А.Ю., Бухтияров В.И. SRPES and STM data for the model bimetallic Pd-In/HOPG catalysts: Effects of mild post-synthesis oxidative treatments Data in Brief, V. 39. Article number 107626. Pages 1-9 (год публикации - 2021)
10.1016/j.dib.2021.107626

25. Федоров А.Ю., Бухтияров А.В., Панафидин М.А., Просвинир И.П., Четырин И.А., Смирнова Н.С., Марков П.В., Зубавичус Я.В., Стахеев А.Ю., Бухтияров В.И. The effect of CO treatment on the surface structure of bimetallic Pd-Au/HOPG and Pd- In/HOPG nanoparticles: a comparative study Nano-Structures and Nano-Objects (год публикации - 2022)

Публикации