Многокомпонентные монофазные нанесенные катализаторы - инновационные материалы для противодействие техногенным угрозам

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 20-79-10257

НазваниеМногокомпонентные монофазные нанесенные катализаторы - инновационные материалы для противодействие техногенным угрозам

Руководитель Росляков Сергей Игоревич, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСИС" , г Москва

Конкурс №50 - Конкурс 2020 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 09 - Инженерные науки; 09-204 - Равновесие и кинетика процессов в химически реагирующих системах

Ключевые слова Многокомпонентные однофазные катализаторы, наноматериалы, синтез горением активных гелей, самоподдерживающиеся волны горения, синтез горением аэрозолей, механизмы реакций, парниковые газы, конверсия техногенных выбросов, экология

Код ГРНТИ61.31.55

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Техногенная деятельность человека уже проявила себя как один из основных факторов, влияющих на изменение климата и экологии нашей планеты. Основными отрицательными вкладчиками в статистику по ухудшению показателей являются: энергетическая промышленность, основанная на вырабатывании электрической энергии за счёт преобразования химической энергии топлива в процессе сжигания, индустриальный сектор по промышленной добыче и переработки сырья, агротехнический сектор, а также постоянный прирост количества транспортных средств, работающих на двигателях внутреннего сгорания. Согласно данным Министерства Энергетики Российской федерации на долю тепловых электростанций приходится более 50% имеющихся мощностей. По данным аналитического агентства Автостат, на конец 2019 года в Российской федерации насчитывалось более 54 млн единиц автотранспорта. В силу развития машинной индустрии можно предположить, что около 99% этих транспортных средств работает на двигателях внутреннего сгорания. Помимо этого, нет точных данных о техногенном вкладе других предприятий, расположенных по всей территории Российской Федерации, на ухудшение общего экологического состояния региона. В то же время общая характеристика мирового изменения климата также имеет негативные показатели. Таким образом, очевидно, что повышение экологического благополучия граждан в густонаселенных регионах страны, а также по всей территории России, является актуальной проблемой государства. Решение данной проблемы является одной из приоритетных задач Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации (утверждённой Указом Президента Российской Федерации от 1 декабря 2016 г. № 642 «О Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации»), по направлению H5, противодействие техногенным источникам опасности для общества, экономики и государства. Эффективный, полный отказ от существующих технологий требует длительного времени и огромного количества людских и экономических ресурсов. В отдельных случаях альтернативные чистые технологии еще даже не существуют. Таким образом, на данном этапе необходимы дополнительные инструменты, которые позволят сдерживать урон, наносимый техногенной деятельностью. Каталитическая доработка и переработка парниковых и вредных газов, является хорошо зарекомендованным подходом в коррекции и адаптации химических процессов к так называемым зеленым технологиям. Катализаторы уже применяются в производстве всех повседневных товаров от машин до кулинарных изделий. Правильно подобранные катализаторы позволяют колоссально снизить энергетические затраты на проведение химических реакций, могут изменить направление и стадийность протекания реакции сделав их более экологичными. Также катализаторы могут быть использованы на прямую для конверсии уже существующих вредных газов в более полезные продукты. Основные промышленные катализаторы представляют из себя чистые элементы (часто драгоценные металлы Pt, Pd, Au) или различного рода простые химические соединения общего вида АxBy, используемые индивидуально или нанесенные на подложку. Совершенно новым классном катализаторов могут стать катализаторы на основе многокомпонентных однофазных сплавов и керамик, большая часть которых на данный момент классифицируется как высокоэнтропийные сплавы (ВЭС) и керамики (ВЭК). Такого рода катализаторы будут значительно дешевле катализаторов на основе драгоценных и редкоземельных металлов. Уникальность нового класса катализаторов состоит в синергетическом каталитическом эффекте компонентов, который был обнаружен 10 лет назад и мало изучен на данный момент. Известно, что возможно существование более миллиарда различных вариаций высокоэнтропийных сплавов. С точки зрения фундаментальной науки, данная область привлекательна для пионерский исследований и новаторских открытий. В данном проекте предполагается исследовать новый химический способ синтеза многокомпонентных однофазных катализаторов в одностадийном процессе горения гелей и аэрозолей. Научно-исследовательский центр «Конструкционные Керамические Наноматериалы» НИТУ «МИСиС», на базе которого планируется проведение данного проекта, является одним из мировых лидеров по изучению различных синтезов в волне горения. Центру принадлежат наработки в области получения большого спектра различных нанопорошков (оксидов, чистых металлов и их сплавов, нитридов), опубликованные в журналах индексируемых в базах Scopus и Web of Science, публикации не ниже Q1. Полученные центром предварительные данные по синтезу бинарных, тройных и четверных сплавов без структурирующего носителя являются хорошей фундаментальной основой и показывают высокую вероятность успеха в разработке технологии одностадийного синтеза многокомпонентных однофазных нанесенных катализаторов, предлагаемым методом. Существующие в настоящее время методы получения ВЭС включают три основные группы: кристаллизация из расплава, механическое сплавление и вакуумное осаждение. Каждый из этих подходов, несмотря на многие преимущества, накладывает определенные ограничения на выбор компонентов, например, использование металлов с очень большим различием температур плавления (таких как сочетание Al и Mo, Al и Ta), не смешиваемостью компонентов (Cu и Cr) или выпадением нежелательных интерметаллических фаз при кристаллизации расплава (в зависимости от вида диаграммы состояний), что приводит к образованию многофазного материала вместо требуемого однофазного материала. Значимым преимуществом синтеза горением растворов, заявленного в проекте, является возможность нанесения ВЭ материалов на подложки с заданной поверхностью, что необходимо при получении катализаторов. Более того, нанесение катализатора на подложку не является отдельной технологической стадией, а происходит во время синтеза, также носитель катализатора может быть синтезирован одновременно с самим катализатором. Таким образом проведение исследовании в рамках заявленного проекта («Многокомпонентные монофазные нанесенные катализаторы - инновационные материалы для противодействие техногенным угрозам») позволит получить научные и научно-технические результаты и создать технологии, которые станут основой инновационного развития внутреннего рынка Российской Федерации, а также позволят внести вклад в решение важнейшей мировой проблемы, что обеспечит устойчивое положение России на внешнем рынке.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Хорт А.А., Росляков С.И., Логинов П.А. Solution combustion synthesis of single-phase bimetallic nanomaterials Nano-Structures and Nano-Objects, Volume 26, April 2021, 100727 (год публикации - 2021)
10.1016/j.nanoso.2021.100727

2. Трусов Г.В., Ермекова Ж.С., Росляков С.И. СИНТЕЗ СФЕРИЧЕСКИХ ПОЛЫХ ЧАСТИЦ СПЛАВОВ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ (Me = Cu, Co, Ni) МЕТОДОМ ГОРЕНИЯ РАСТВОРА В АЭРОЗОЛЕ ПОРОШКОВАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ: ИНЖЕНЕРИЯ ПОВЕРХНОСТИ, НОВЫЕ ПОРОШКОВЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ. СВАРКА (год публикации - 2021)

3. Росляков С.И., Ермекова Ж.С., Трусов Г.В., Хорт А.А., Евдокименко Н.Д., Биндюг Д.В., Карпенков Д.Ю., Жуковский М., Дегтяренко А., Мукасьян А.С. One-step solution combustion synthesis of nanostructured transition metal antiperovskite nitride and alloy Nano-Structures & Nano-Objects (год публикации - 2021)
10.1016/j.nanoso.2021.100796

4. Ермекова Ж., Трусов Г., Росляков С. Spray Solution Combustion Synthesis of NiCu Hollow Spheres Lecture Notes in Mechanical Engineering, Страницы 11 - 17 (год публикации - 2022)
10.1007/978-981-16-9632-9_2

5. Евдокименко Н., Ермекова Ж., Росляков С., Ткаченко О., Капустин Г., Биндюг Д., Кустов А., Мукасьян А. Sponge-like CoNi Catalysts Synthesized by Combustion of Reactive Solutions: Stability and Performance for CO2 Hydrogenation Materials, 5129, 15, 15 (год публикации - 2022)
10.3390/ma15155129

6. Романовский В., Росляков С., Трусов Г., Периакаруппан Р., Романовская Е., Чан Х., Московских Д. Synthesis and effect of CoCuFeNi high entropy alloy nanoparticles on seed germination, plant growth, and microorganisms inactivation activity Environmental Science and Pollution Research, 30, pages 23363–23371 (год публикации - 2022)
10.1007/s11356-022-23918-5

Публикации