Аннотация результатов, полученных в 2017 году
Данный проект посвящен исследованию свойств гидросиликатных наносвитков и поиску возможности их практического применения в качестве катализаторов. Данные материалы очень интересны способом своего формирования: кристаллический слой гидросиликата состоит из химически связанных между собой подслоев различного состава и строения, имеющих к тому же несколько различные размеры. В результате сосуществования подслоев в составном слое гидросиликата в определенном соотношении и взаиморасположении из-за этой разности размеров может возникать изгиб, например, в виде волны, или в виде сворачивания в трубку или свиток. Любопытно, что такие материалы можно встретить в природе, поскольку в их состав входят наиболее распространенные на Земле элементы: типичными представителями наносвитков являются соединения состава Mg3Si2O5(OH)4 и Al2Si2O5(OH)4. Минерал с «волнистой» морфологией называется антигорит, а приведенные выше химические соединения – хризотил и галлуазит, соответственно. С точки зрения каталитических приложений данные частицы могут быть интересны тем, что они, благодаря сворачиванию, обладают повышенной величиной удельной площади поверхности. Для каталитического превращения какого-либо вещества, осуществляющегося в присутствие твердой фазы, количество (площадь) доступной для контакта поверхности является важным параметром, ведь чем оно больше, тем выше шанс протекания процесса. Помимо этого, благодаря возможности контролируемо изменять химический состав гидросиликатных слоев, а также параметры процесса их синтеза, можно управлять размерами получающихся наносвитков (внешним диаметром, диаметром канала и длиной). Первый год работы над проектом был посвящен, во-первых, синтезу гидросиликатных наносвитков различного состава с целью оценить, какое количество элемента того или иного рода можно вводить в состав чтобы не развернуть свиток. Дело в том, что такие замещения элементов приводят к изменению разности размеров подслоев, и может наступить момент, когда образование наносвитка будет попросту энергетически невыгодным. Кроме того, для некоторых пар элементов существует определенный концентрационный предел замещения (изучением круга данных вопросов занимается теория изоморфной смесимости), при превышении которого возможно образование новой, не связанной с гидросиликатной, фазы. Вторым направлением стало исследование возможности применения синтезированных наносвитков (и сравнение с наносвитками природного происхождения) для удаления химических загрязнений воды, которые обычно представляют собой катионы тяжелых металлов, вредные органические соединения, красители. Очистка может осуществляться как за счет явления адсорбции, так и каталитического превращения, обезвреживания опасного химического соединения. В ходе работы над проектом было показано, каким образом можно управлять адсорбционной способностью гидросиликатных наносвитков по отношению к токсичному красящему веществу, и в чем состоит механизм этого явления. Кроме того, была показана возможность создания материала для очистки на основе комбинированного эффекта адсорбции и фотокаталитического разложения. Наконец, первый год работы над проектом также был посвящен созданию композиционного материала с наночастицами металла, которые являются катализаторами широкого круга химических процессов, предназначенных, например, для получения синтетических топлив. Замечательной особенностью рассматриваемых наносвитков является то, что металлические частицы могут быть получены непосредственно из них самих путем частичного или полного восстановления катиона, составляющего их кристаллическую структуру.

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Второй год проекта посвящен исследованию каталитической активности материалов на основе нанотубулярных гидросиликатов различного состава. Одним из таких материалов является галлуазит Al2Si2O5(OH)4 с наведенной суперкислотностью, который может быть использован в качестве катализатора в процессах органического синтеза и производстве биотоплив. Кислотные центры на поверхности гидросиликата создавались путем обработки растворами серной кислоты различной концентрации, а их активность проверялась в реакции олигомеризации гексена-1. Было показано, что с ростом концентрации раствора серной кислоты количество центров уменьшается, а также уменьшается и степень конверсии, что связано с селективным растворением алюминий-кислородного слоя в структуре гидросиликата. Было достигнуто увеличение содержание тримера С18 и более тяжелых фракций по сравнению с близкими по составу каталитическими материалами другой (нетубулярной) морфологии, что связано, по всей видимости, с нанотубулярной морфологией галлуазита, имеющего протяженный внутренний канал. Вторым направлением стало исследование каталитической активности металл-силикатных композитов в реакциях гидрирования различных непредельных органических соединений. В данном случае композиционные материалы представляют собой нанотубулярные гидросиликаты никеля, который был полностью или частично восстановлен до металла с помощью водорода. Металлический никель при этом формирует наночастицы с распределением по размерам, зависящим от температуры восстановления и состава исходного гидросиликата. Так, частицы наименьшего размера получаются при максимально возможном содержании никеля в гидросиликате состава (Mg[1-x],Ni[x])3Si2O5(OH)4. С ростом температуры восстановления их размеры также изменяются в меньшей степени, чем у гидросиликата на основе смеси катионов магния и никеля. Благодаря более маленьким частицам композит, полученный из гидросиликата никеля, позволяет достигать более высоких степеней конверсии гексена-1 и ацетона при гидрировании.