Каталитический рост углеродных наноматериалов на микро- и нанодисперсных многокомпонентных сплавах как инструмент дизайна новых катализаторов для процессов гидродехлорирования и (де)гидрирования

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 22-13-00406

НазваниеКаталитический рост углеродных наноматериалов на микро- и нанодисперсных многокомпонентных сплавах как инструмент дизайна новых катализаторов для процессов гидродехлорирования и (де)гидрирования

Руководитель Мишаков Илья Владимирович, Кандидат химических 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 №68 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-601 - Химия новых неорганических функциональных и наноразмерных материалов

Ключевые слова углеродная эрозия, многокомпонентные сплавы, самоорганизующиеся катализаторы, углеродные нановолокна, функциональные группы, механохимическое сплавление, термолиз, электровзрыв проволоки, каталитический пиролиз, углеводороды, хлорзамещенные углеводороды, адсорбция, гидродехлорирование, селективное гидрирование, реверсивное гидрирование/дегидрирование

Код ГРНТИ31.15.28

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Концепция многокомпонентных (высокоэнтропийных) сплавов относится к одному из самых бурно развивающихся направлений современных фундаментальных и прикладных исследований. Большой интерес ученых к развитию методов синтеза и изучению многокомпонентных сплавов (МКС) обусловлен уникальным сочетанием их структурных характеристик, физико-химических и каталитических свойств, что определяет широкий спектр их потенциального применения, от магнитной томографии до ядерной энергетики. В то же время, неуклонно растет число публикаций, свидетельствующих о значительных перспективах использования МКС в целом ряде процессов, где традиционно применяются дисперсные металлические катализаторы (окисление СО, восстановление CO2, электрокатализ). Интерес заявителей проекта сосредоточен на исследовании многокомпонентных сплавов в качестве катализаторов для получения углеродных наноматериалов (УНМ) в процессе каталитического осаждения углерода из газовой фазы. Данный аспект применения МКС остается неизученным, несмотря на то, что многие из описанных в литературе сплавов содержат в своем составе (часто вместе) такие металлы как Ni, Co и Fe, активные в синтезе УНМ. В этом состоит один из главных элементов новизны заявляемого проекта. Основная цель проекта заключается в исследовании реакционной способности многокомпонентных Ni(Co, Fe)-содержащих сплавов в синтезе углеродных нановолокнистых материалов с целью создания нового типа закрепленных катализаторов МКС@УНМ для процессов гидродехлорирования хлорароматических соединений, обратимого гидрирования-дегидрирования жидких органических носителей водорода и селективного гидрирования ацетилена. Также в проекте предполагается разработать и усовершенствовать способы получения микро- и нанодисперсных МКС на основе трех различных подходов: термолиза многокомпонентных предшественников, совместного электрического взрыва проволок и механохимического сплавления металлов. Поставленная в проекте задача носит комплексный характер и включает в себя ряд частных задач: 1. Экспериментальное определение параметров электрического взрыва проволок (ЭВП), обеспечивающих получение нанодисперсных (30-100 нм) систем на основе 2-х, 3-х, 5-ти и 6-ти компонентных наночастиц металлов. Установление взаимосвязи между параметрами синтеза наночастиц МКС, их элементным составом и структурно-фазовым состоянием. 2. Разработка синтетического подхода к получению микродисперсных пятикомпонентных сплавов [NiCoFeCr]M (базовый сплав [NiCoFeCr] + активный металл M = Pd, Ru, Cu), на основе метода термолиза многокомпонентных предшественников (ТМКП). 3. Разработка способа синтеза микродисперсных многокомпонентных сплавов [NiCoFeCr]M1М2 (где М1(2) = Al, Mn, Cu, Mo, W), не содержащих драгметаллы, с использованием метода механохимического сплавления металлов. 4. Изучение реакционной способности образцов МКС в синтезе углеродных нановолокнистых материалов путем каталитического пиролиза углеводородов С2-С4 и хлорзамещенных С2-углеводородов. Исследование закономерностей процесса углеродной эрозии микродисперсных образцов МКС, эволюции состава и морфологии формирующихся активных центров роста углеродных наноструктур. 5. Синтез закрепленных катализаторов МКС@УНМ (в т.ч. содержащих в составе Pd, Ru) в режиме контролируемого выращивания углеродного носителя методом каталитического пиролиза углеводородов С2-С4 и хлорзамещенных С2-углеводородов. 6. Исследование каталитической активности, селективности и стабильности полученных образцов МКС@УНМ в реакциях гидродехлорирования хлорароматических соединений (1,2-дихлорбензол, 2,4-дихлорбензойная кислота), дегидрирования жидких органических носителей водорода (метилциклогексан, декалин), а также селективного гидрирования ацетилена в этилен. В результате выполнения проекта предполагается: - разработать сравнительно простые, технологичные и легко масштабируемые методы получения многокомпонентных сплавных систем; - изучить возможность применения Ni(Co, Fe)-содержащих МКС для синтеза углеродных наноматериалов с регулируемой структурой, в том числе функционализированных азотом; - разработать способ закрепления активных многокомпонентных частиц в структуре углеродного носителя, выращиваемого методом каталитического осаждения углерода; - выяснить перспективы использования разработанных катализаторов МКС@УНМ с пониженным содержанием драгметаллов в практически важных реакциях гетерогенного катализа. Достижимость указанных в проекте задач подтверждается тем, что научный коллектив располагает всем необходимым оборудованием и доступом к современной приборной базе физико-химических методов анализа, имеет значительный научный задел в указанной области, а также большой успешный опыт ведения совместных исследований. По результатам выполнения проекта авторы планируют опубликовать не менее 12 статей, индексируемых в базах WoS и Scopus, а также 1 монографию Графическое представление схемы проекта приведено в Файле с дополнительной информацией 2 (п 4.14)

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Озерова А.М., Потылицына А.Р., Бауман Ю.И., Тайбан Е.С., Липатникова И.Л., Нартова А.В., Ведягин А.А., Мишаков И.В., Шубин Ю.В., Нецкина О.В. Synthesis of Chlorine- and Nitrogen-Containing Carbon Nanofibers for Water Purification from Chloroaromatic Compounds Materials, 15(23), 8414 (год публикации - 2022)
10.3390/ma15238414

2. Первиков А.В., Пустовалов А.В., Бауман Ю.И., Потылицына А.Р., Афонникова С.Д., Володин А.М., Мишаков И.В. Catalytic growth of carbon nanomaterials on multicomponent alloys produced by joint electric explosion of wires Advanced high entropy materials. Abstracts of the IV International Conference and School of Young Scientists, С. 106 (год публикации - 2022)

3. Потылицына А.Р., Бауман Ю.И., Шелепова Е.В., Веселов Г.Б., Ильина Е.В., Пустовалов А.В., Первиков А.В., Мишаков И.В. Разработка методологии исследования процесса каталитического пиролиза углеводородов сполучением ВСГ и УНМ Водород как основа низкоуглеродной экономики., С. 24-25 (год публикации - 2022)

4. Веселов Г.Б., Бауман Ю.И., Мишаков И.В., Ведягин А.А. Многокомпонентные оксидные системы на основе MgO: окислительно-восстановительные свойства и активность в разложении углеводородов и их хлорзамещенных производных IX Международная конференция с элементами научной школы для молодежи «Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества»., С.224-226 (год публикации - 2022)

5. Первиков А.В.,Пустовалов А.В., Афонникова С.Д., Бауман Ю.И., Мишаков И.В., Ведягин А.А. Synthesis and structure of NiCu and NiAl electroexplosive nanoparticles for production of carbon nanofibers Powder Technology, 118164 (год публикации - 2022)
10.1016/j.powtec.2022.118164

6. Бауман Ю.И., Попов А.А., Пустовалов А.В., Первиков А.В., Володин А.М., Мишаков И.В., Ведягин А.А. Влияние модифицирующих металлов М в составе сплавов Ni-M и Co-M на особенности протекания углеродной эрозии и активность в синтезе УНВ IX Международная конференция с элементами научной школы для молодежи «Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества»., С. 92-93 (год публикации - 2022)

7. Озерова А.М., Тайбан Е.С., Липатникова И.Л., Потылицына А.Р., Бауман Ю.И., Просвирин И.П., Шубин Ю.В., Ведягин А.А., Мишаков И.В., Нецкина О.В. The Adsorption of 2,4-Dichlorobenzoic Acid on Carbon Nanofibers Produced by Catalytic Pyrolysis of Trichloroethylene and Acetonitrile C - Journal of Carbon Research, Т. 9. – №. 4. – С. 98. (год публикации - 2023)
10.3390/c9040098

8. Афонникова С.Д., Веселов Г.Б., Бауман Ю.И., Герасимов Е.Ю., Шубин Ю.В., Мишаков И.В., Ведягин А.А. Synthesis of Ni-Cu-CNF Composite Materials via Carbon Erosion of Ni-Cu Bulk Alloys Prepared by Mechanochemical Alloying Journal of Composites Science, Т. 7. – №. 6. – С. 238. (год публикации - 2023)
10.3390/jcs7060238

9. Афонникова С.Д., Бауман Ю.И., Стояновский В.О., Волочаев М.Н., Мишаков И.В., Ведягин А.А. Effect of Cu on Performance of Self-Dispersing Ni-Catalyst in Production of Carbon Nanofibers from Ethylene C-Journal of Carbon Research, 9, 3, 77 (год публикации - 2023)
10.3390/c9030077

10. Первиков А.В., Пустовалов А.В., Шивцов Д.М., Бауман Ю.И., Попов А.А., Шубин Ю.В., Мишаков И.В. Структурно-фазовые состояния наночастиц многокомпонентных сплавов и их активность в процессе каталитического пиролиза углеводородов Сборник материалов VIII Всероссийская конференция по наноматериалам, с. 62 (год публикации - 2023)

11. Потылицына А.Р., Бауман Ю.И., Шубин Ю.В., Попов А.А., Руднева Ю.В., Ведягин А.А., Мишаков И.В. Влияние добавки M в Ni-M катализаторах на морфологию и структуру углеродных нановолокон, полученных пиролизом трихлорэтилена XX Всероссийская молодежная школа-конференция по актуальным проблемам химии и биологии, ТИБОХ ДВО РАН. Материалы конференции, с. 57 (год публикации - 2023)
10.47471/20_2023_09_04_08_0

12. Потылицына А.Р., Бауман Ю.И., Мишаков И.В., Нецкина О.В., Озерова А.М., Липатникова И.Л., Тайбан Е.С., Ведягин А.А. Синтез функционализированных углеродных наноматериалов из хлорорганических соединений и исследование их адсорбционных свойств Химия под знаком СИГМА: исследования, инновации, технологии. VII Всероссийская научная молодёжная школа-конференция : сборник тезисов докладов, с. 104 (год публикации - 2023)

13. Потылицына А.Р., Бауман Ю.И., Озерова А.М., Тайбан Е.С., Липатникова И.Л., Нецкина О.В., Ведягин А.А., Шубин Ю.В., Мишаков И.В. Synthesis of Functionalized Carbon Nanomaterials from Organochlorine Compounds over Ni-Catalysts and Their Possible Application ASAM-8. The 8th Asian Symposium on Advanced Materials, с. 392-393 (год публикации - 2023)

14. Бауман Ю.И., Штоль В.С., Попов А.А., Первиков А.В. , Пустовалов А.В. , Шубин Ю.В. , Володин А.М. , Мишаков И.В. , Ведягин А.А. Synthesis of Multicomponent NiCoFeCoCu Alloys and their Study in Catalytic Pyrolysis of C2 Hydrocarbons ASAM-8. The 8th Asian Symposium on Advanced Materials, с. 126 (год публикации - 2023)

15. Мишаков И.В. Catalytic Growth of Carbon Nanomaterials as a Tool for Designing Novel Nanostructured Catalysts ASAM-8. The 8th Asian Symposium on Advanced Materials, с.17 (год публикации - 2023)

16. Куц М.Г. , Максимова Т.А. , Первиков А.В. , Пустовалов А.В. , Серкова А.Н. , Шелепова Е.В. , Бауман Ю.И. , Мишаков И.В. Синтез углеродных нановолокон на многокомпонентном катализаторе NiFeCrCu, полученном методом электровзрыва проволок Химические технологии функциональных материалов: материалы IX Международной Российско-Казахстанской научно-практической конференции, с. 225-228 (год публикации - 2023)

17. Володин А.М. , Кенжин Р.М. , Бауман Ю.И. , Афонникова С.Д. , Потылицына А.Р. , Шубин Ю.В. , Мишаков И.В. , Ведягин А.А. Comparative Study on Carbon Erosion of Nickel Alloys in the Presence of Organic Compounds under Various Reaction Conditions Materials, 15(24), 9033 (год публикации - 2023)
10.3390/ma15249033

18. Потылицына А.Р., Бауман Ю.И., Кибис Л.С., Нецкина О.В., Шубин Ю.В., Ведягин А.А., Мишаков И.В. Синтез N- и Cl-содержащих углеродных нановолокон для процессов адсорбции и гидродехлорирования хлорароматических соединений IX Международная конференция с элементами научной школы для молодежи «Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества»., С. 231-233 (год публикации - 2022)

19. Веселов Г. Б., Шивцов Д.М., Афонникова С.Д., Мишаков И.В., Ведягин А.А. Палладий-содержащие катализаторы на основе функционализованных УНВ для дегидрирования метилциклогексана Кинетика и катализ, т. 64, № 6, с. 857–860 (год публикации - 2023)
10.31857/S0453881123060199

20. Шивцов Д.М. , Попов А.А. , Афонникова С.Д. , Бауман Ю.И. , Плюснин П.Е. , Мишаков И.В. , Шубин Ю.В. Synthesis of Microdispersed Ni1–xRux Alloys for Obtaining Metal-Carbon Nanocomposites in the Mode of Carbon Erosion Russian Journal of General Chemistry , Том: 94, Номер: 6, Страницы: 1322-1333 (год публикации - 2024)
10.1134/s1070363224060100

21. Афонникова С.Д. , Попов А.А. , Плюснин П.Е. , Полякова Е.В. , Ведягин А.А. , Шубин Ю.В. , Мишаков И.В. Effect of Pd Content in Multi-Component Alloys [CoFeNi]Pdx on Their Behavior in Hydrocarbon-Containing Atmosphere Intermetallics, Том: 171, Номер статьи : 108358 (год публикации - 2024)
10.1016/j.intermet.2024.108358

22. Афонникова С.Д., Попов А.А., Бауман Ю.И., Шубин Ю.В., Ведягин А.А., Мишаков И.В. Многокомпонентные сплавы CoFeNiCux для каталитического пиролиза С2+ углеводородов в смеси с метаном Катализ в промышленности (год публикации - 2025)

23. Первиков А.В., Пустовалов А.В., Бауман Ю.И., Шубин Ю.В., Шивцов Д.М., Мишаков И.В. Электровзрывные многокомпонентные наночастицы NiFeCoCrCu: синтез, структура и активность в реакции каталитического пиролиза углеводородов Физическая мезомеханика. Материалы с многоуровневой иерархически организованной структурой и интеллектуальные производственные технологии: тезисы докладов Международной конференции, Страницы: 514 (год публикации - 2024)

24. Афонникова С.Д., Попов А.А., Шубин Ю.В., Шивцов Д.М., Бауман Ю.И., Ведягин А.А., Мишаков И.В. Synthesis of carbon nanofibers from C2+ hydrocarbons using multicomponent [CoFeNi]Mx (M = Pd, Cu) alloys The Eighth International Workshop on Electromagnetic Properties of Novel Materials, Skolkovo Institute of Science and Technology. Proceedings, Страницы: 43-44 (год публикации - 2024)

25. Потылицына А.Р., Руднева Ю.В., Попов А.А., Бауман Ю.И., Шубин Ю.В., Ведягин А.А., Мишаков И.В. Синтез и изучение углеродных нановолокон, полученных в ходе разложения трихлорэтилена на микродисперсных Ni-M катализаторах ХХII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, 7-12 октября, 2024, Федеральная территория «Сириус», Россия. Сборник тезисов докладов в 7 томах. Том 3, Номер статьи : 7-036, Страницы : 107 (год публикации - 2024)

26. Шивцов Д.М., Бауман Ю.И., Шубин Ю.В., Мишаков И.В. Влияние условий механохимического сплавления Ni100-xSnx на каталитическую активность в процессе пиролиза С2-С4-углеводородов Сборник тезисов XIII Всероссийской конференции с международным участием "Химия твердого тела и функциональные материалы - 2024". 16-20 сентября 2024 года, Номер статьи : С-1/25, Страницы : 115 (год публикации - 2024)

27. Первиков А.В. , Пустовалов А.В. , Потылицына А.Р. , Бауман Ю.И. , Ведягин А.А. , Мишаков И.В. Synthesis of Electroexplosive NiW and NiWMo Alloys for Catalytic Processing of Trichloroethylene into Carbon Nanomaterials Nano-Structures and Nano-Objects , Том: 39, Номер статьи : 101242, Страниц : 10 (год публикации - 2024)
10.1016/j.nanoso.2024.101242

28. Талызин И.В. , Богданов С.С. , Самсонов В.М. , Сдобняков Н.Ю. , Григорьев Р.Е. , Первиков А.В. , Мишаков И.В. Идентификация сложных наноструктур ядрооболочка по радиальным распределениям локальной плотности компонентов Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов, Номер: 14, Страницы: 307-320 (год публикации - 2022)
10.26456/pcascnn/2022.14.307

29. Афонникова С.Д., Попов А.А., Бауман Ю.И., Шубин Ю.В., Ведягин А.А., Мишаков И.В. Переработка углеводородов на мультикомпонентных системах CoFeNi-M (М= Pd, Cu) для получения углеродных наноматериалов ХХII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, 7-12 октября, 2024, Федеральная территория «Сириус», Россия. Сборник тезисов докладов в 7 томах. Том 3, Номер статьи : 7-006, Страницы : 78 (год публикации - 2024)

30. Бауман Ю.И., Шивцов Д.М., Афонникова С.Д., Попов А.А., Шубин Ю.В., Мишаков И.В. Механохимический синтез многокомпонентных сплавов для пиролиза углеводородов с получением углеродных наноматериалов Сборник тезисов XIII Всероссийской конференции с международным участием "Химия твердого тела и функциональные материалы - 2024". 16-20 сентября 2024 года, Номер статьи : У-4/17, Страницы : 250 (год публикации - 2024)

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
1) Совместным ЭВП сплавов 29НК, Х15Н60 и меди получены образцы МКС состава [NiFeCo]CrCu с различным соотношением компонентов. Установлено, что при введении в указанные проволоки энергии, составляющей порядка 1.6 суммарной энергии сублимации металлов, входящих в проволоки, кристаллическая структура формирующихся частиц соответствует ГЦК-фазе. Увеличение содержание меди в интервале от 6 до 33 ат.% сопровождается увеличением параметра кристаллической ячейки ГЦК-фазы с 3.580 до 3.595 Å. 2) Проведена оптимизация параметров синтеза сплавов [NiCoFe]Cuх (х = 0-10 ат.%) методом ТМКП. Найдено, что использование 0.3 М раствор Na2CO3 в качестве осадителя, обеспечивает полное и одновременное осаждение всех компонентов сплава. По данным РФА построена экспериментальная зависимость параметра решётки сплава [NiCoFe]Cux от содержания меди в нем, которая выходит на насыщение по достижении C(Cu) ≥ 8 ат.%. Найденное пороговое значение соответствует предельно допустимому содержанию Cu в составе однофазного твёрдого раствора [NiCoFe]Cux. С использованием оптимизированной методики наработана укрупнённая серия 4 компонентного сплава [NiCoFe]Cu7. 3) Уточнён состав перспективных образцов МКС (по результатам проведенных каталитических испытаний) и оптимизированы параметры механохимического синтеза наиболее активного сплава [NiCoFe]Cu25 с вариацией центробежного ускорения мелющих тел. Установлено, что наибольшей производительностью по УНМ (выход УНМ – 103.1 г/гкат) характеризовался образец МКС, полученный при а = 60g. В данных условиях выход сплава после процедуры МХС составил ~100%, а фазовый состав образца почти целиком представлен твёрдым раствором на основе ГЦК решётки. В оптимальных условиях произведена наработка укрупнённого образца эквиатомного сплава [NiCoFe]Cu25 в количестве 40 г. 4) С применением методов РФА, СЭМ, ПЭМ и ЭДС-картирования проведено исследование процесса раннего этапа углеродной эрозии на примере сплава [NiCoFe]Cu7. Показано, что в ходе разложения углеводородов C2-C4 исходный микродисперсный сплав подвергается быстрой фрагментации, в результате чего формируются дисперсные активные частицы роста углеродных нитей. Данные ПЭМ и ЭДС-картирования образовавшихся каталитических частиц указывают на сохранение равномерного распределения компонентов сплава в составе активных частиц. 5) Методом ФМР была изучена термическая стабильность 4-компонентного сплава [NiFe]CrCu (ЭВП) в инертной среде (Ar), а также его превращения в процессе каталитического синтеза УНВ. Исходный образец [NiFe]CrCu характеризуются узкой синглетной линией, характерной для достаточно однородных ферромагнитных частиц субмикронного диаметра (~100 нм). После протекания каталитической реакции магнитно-резонансные свойства многокомпонентных сплавных наночастиц в составе углеродного продукта существенно отличаются от свойств исходного сплава. Показана возможность использования метода ФМР для детектирования следовых количеств металлических частиц катализатора в составе углеродного наноматериала. 6) Проведены испытания сплавной системы [NiCoFe]Cux (ТМКП) в реакции каталитического пиролиза смеси С2-С4. Максимальное значение выхода УНМ (106 г/гкат) достигается по достижении концентрации С(Cu) = 7 ат.%. Бинарный сплав NiCu7 c таким же содержанием меди (7 ат.%) оказался в 20 раз менее производительным, по сравнению с составом [NiCoFe]Cu7. Проведены испытания серии образцов 5-компонентного сплава [NiFeCo]CrCux (ЭВП), в реакции разложения С2-С4 смеси в диапазоне Т = 650-750 °C. Сопоставление среднетемпературного выхода УНМ показало, что катализатор [Ni35Fe32Co6]Cr7Cu20 обладает наибольшей средней производительностью (~46 г/гкат). Сплавы [NiFeCo]CrCux показали высокую производительность (55-65 г/гкат) в условиях повышенной температуры (700-750°С), при которой бинарные системы Ni-Cu подвергаются быстрой дезактивации. Эквиатомные сплавы [NiCoFe]Cu25 (МХС, центробежное ускорение от 40g до 80g) были испытаны в процессе каталитического пиролиза смеси C2-C4 при 650 °С. Для наиболее активного образца [NiCoFe]Cu25 (а = 60g) проведены ресурсные испытания. Показано, что активность сплава сохраняется в течение трёх часов испытаний. Максимальный выход УНМ составил 128.3 г/гкат за 3 ч. Наработаны опытные образцы УНМ общим весом более 20 г. 7) С использованием комплекса физико-химических методов проведён анализ морфологии, структуры и текстурных свойств углеродного продукта. Показано, что во всех случаях морфология углеродного материала представлена совокупностью наноразмерных нитей, характеризующихся различным типом упаковки и степенью разупорядоченности. Удельная поверхность для всех синтезированных УНМ варьируется в диапазоне 200-300 м2/г за некоторым исключением. 8) Изучены методы пост-функционализации УНМ с целью получения N- и O-модифицированных носителей. Показано, что поверхность УНМ, полученного на МКС Ni54Fe22Cr13Cu11, сравнительно легко подвергается окислению, не приводя к значительному снижению удельной поверхности, а варьирование условий окислительной обработки (время, температура) позволяет контролируемо изменять состав поверхностных функциональных групп. За счёт использования меламина в качестве предшественника удалось ввести до 5 ат.% N на поверхность УНМ. Полученные образцы O,N-УНМ использованы для приготовления Pd- и Pt-содержащих катализаторов методом пропитки. 9) Катализаторы Pt/O-УНМ и Pt/N-УНМ испытаны в процессе дегидрирования жидких органических носителей водорода (на примере метилциклогексана). Показано, что присутствие азота и кислородсодержащих групп снижает значение производительности по водороду. Наибольшую активность показала система, модифицирование поверхности которой не производилось. В случае катализатора 1Pt/УНМ наблюдалось максимальное значение производительности по водороду, которое составило 325 л/(ч*гкат). Также для данной системы зафиксирована и наибольшая конверсия метилциклогексана равная 30 %. 10) Катализаторы Pd/O-УНМ и Pd/N-УНМ испытаны в процессе селективного гидрирования ацетилена. Показано, что присутствие азота повышает активность и стабильность, но снижает селективность катализаторов. Наибольшую эффективность показали образцы, содержащие небольшое количество термостабильных фенольных и хинноных групп. В случае образца 0.1Pd/УНМ, при выдерживании в реакционной смеси в течение 12 часов конверсия снизилась от 99.4 до 97.8 %, а выход вырос от 55.7 до 69.4 % за счёт роста селективности. Азот-содержащий образец Pd/N-УНМ показал 100 % конверсию в тех же условиях, но выход был существенно ниже и варьировался от 32 до 55 %. По результатам проведенных исследований в 2024 г опубликовано 4 научных статьи и сделано 6 докладов на научных конференциях.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Результаты проекта могут быть использованы для создания отечественной комплексной технологии, направленной на переработку природного и попутного нефтяного газа с получением высоколиквидного энергоносителя (водорода) и углеродного наноматериала, имеющего значительный потенциал для масштабного применения. Получаемый водород будет востребован как товарный продукт для нужд топливно-энергетического сектора (транспорт, топливные элементы, генераторы и т.д.) и химической промышленности. К ожидаемым эффектам дальнейшей реализации работ в данном направлении следует отнести: - Развитие энергосберегающей, экологически чистой технологии углубленной переработки природного и попутного нефтяного газа с получением углеродных наноматериалов и водородсодержащего газа без примеси оксидов углерода; - Расширение ассортимента наукоёмкой продукции – углеродных наноматериалов, имеющих значительный потенциал для создания инновационных строительных и композиционных материалов на основе полимеров и цементного камня.