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 23-73-10152

НазваниеДизайн катализаторов с моноатомными и кластерными структурами нанесённых благородных металлов для окисления летучих органических соединений

РуководительМамонтов Григорий Владимирович, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет", Томская обл

Период выполнения при поддержке РНФ

07.2023 - 06.2026

Конкурс№85 - Конкурс 2023 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

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

Ключевые словаКатализатор; благородные металлы; моноатомные центры; кластер; биметаллические наночастицы; окисление летучих органических соединений; платина; иридий; серебро

Код ГРНТИ31.15.28

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Решение задач по обеспечению безопасности от вредного воздействия промышленности, транспорта, техногенных аварий, природных катаклизмов и других источников опасности является одной из приоритетных сегодня. Каталитические технологии играют ключевую роль в нейтрализации опасных веществ как в воздухе, так и в сбросовых водах. Разработка новых катализаторов, отличающихся не только высокой активностью, но и стабильностью, а также доступностью, является актуальной задачей. Наиболее активными в окислении летучих органических соединений являются катализаторы на основе нанесённых благородных металлов, в первую очередь, палладия и платины. Их использование ограничено высокой стоимостью, а разрушение катализаторов в условиях каталитических процессов приводит к безвозвратной потере этих дорогостоящих металлов. Актуальным является разработка катализаторов, не содержащих дорогостоящие благородные металлы, или содержащие их минимальные количества. Решение проблемы создания катализаторов с высокой активностью может достигаться за счёт использования подходов к стабилизации очень малых содержаний металлов в моноатомных и кластерных состояниях, в том числе за счёт сильного взаимодействия с носителем. Вторым решением является комбинирование платиновых металлов с другими более доступными металлами, в частности, серебром и железом с получением соответствующих биметаллических структур, которые могут быть более активными за счёт синергетического действия двух металлов. Настоящий проект направлен на разработку новых каталитических материалов на основе оксидов CeO2 и Fe2O3 с нанесёнными в малом количестве серебром, платиной и иридием. Оксид церия, оксид железа и их комбинация используется как носители с уникальными окислительно-восстановительными свойствами, а также с возможностью стабилизации высокодисперсных частиц нанесенных благородных металлов в моноатомных и кластерных состояниях за счёт сильного взаимодействия металл – носитель. Использование серебра обусловлено его уникальными каталитическими свойствами, большим сродством к металлам платиновой группы, а также невысокой стоимостью, что в комбинации с металлами платиновой группы при их малом содержании позволит значительно снизить стоимость катализаторов. Проект включает синтез монометаллических (Ag, Pt и Ir) и биметаллических (Ag-Pt, Ag-Ir) катализаторов на основе оксидов CeO2 и/или Fe2O3, исследование особенностей структуры получаемых катализаторов, состояний нанесённых металлов, их реакционной способности и стабильности в окислительных и восстановительных процессах. Управление взаимодействием предшественников оксида церия, железа и благородных металлов на стадии получения катализатора, а также условий обработок катализаторов позволит управлять структурой формирующейся межфазной границы металл – оксидный носитель, силой этого межфазного взаимодействия, состоянием металлов и, соответственно, реакционной способностью и каталитическими свойствами в реакциях окисления летучих органических соединений. Практическая значимость состоит в разработке подходов к получению более доступных катализаторов с малым содержанием Pt и Ir для очистки воздуха от летучих органических соединений. Разработка доступных катализаторов является приоритетной задачей в области защиты окружающей среды, противодействия различным техногенным угрозам.

Ожидаемые результаты
Ключевым научным результатом проекта является разработка принципов управления каталитическими свойствами нанесённых катализаторов со стабилизированными высокодисперсными состояниями благородных металлов (платины, иридия и серебра) в реакциях окисления летучих органических соединений. Комбинирование в носителе двух оксидов (CeO2 и Fe2O3), особые свойства поверхности которых способствуют стабилизации высокодисперсных состояний нанесённых металлов, включая моноатомные центры, а также кооперация активных центров оксидного носителя с активными центрами нанесённых металлов позволят получить катализаторы с высокой активностью в окислении органических соединений. Особое внимание в проекте уделяется необходимости снижения содержания в катализаторах дорогостоящих благородных металлов. Решение этой проблемы предполагается за счёт стабилизации платины и иридия при малом содержании в высокодисперсном кластерном и атомарном состоянии, а также кооперации активных центров этих металлов с центрами серебра и носителя – оксида церия и/или оксида железа. В восстановительных условиях ожидается формирование биметаллических центров платиновых металлов с серебром, а также с железом при увеличении температуры восстановления. Понимание особенностей формирования высокодисперсных центров, их трансформации в окислительно-восстановительных условиях, а также стабильности в реальных условиях эксплуатации катализаторов является основой для разработки катализаторов для очистки воздуха от летучих органических соединений. Практическая значимость результатов проекта состоит в возможности получения принципиально новых каталитических материалов, отличающихся малым содержанием дорогостоящих благородных металлов, а также высокой активностью и стабильностью за счёт сильного взаимодействия активного компонента с носителем, кооперации активных центров двух металлов и носителя. Разработка новых типов катализаторов послужит основой для создания новых более совершенных и эффективных каталитических процессов очистки воздуха от летучих загрязнителей, что может быть использовано в производственных помещениях, для которых характерна высокая концентрация вредных веществ в воздухе, нейтрализации газовых сбросов химических, нефтехимических, металлургических и других предприятий, а также очистки воздуха в замкнутых или плохо проветриваемых помещениях, включая подземные парковки, подводные лодки, космические корабли и т.д. Социальная значимость состоит в улучшении качества жизни, в частности людей, непосредственно работающих или проживающих вблизи различных предприятий, являющихся источниками выбросов летучих органических соединений. Важным результатом также является разработка систем противодействия различным угрозам, а также устранения последствий техногенных аварий, природных явлений и т.д. Не менее важным результатом проекта является развитие молодёжных научных групп, работающих на международном уровне, решающих научные и научно-технологические задачи, имеющие большое значение для устойчивого развития общества, сохранения суверенитета страны, а также противодействия угрозам различного характера.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---