Аннотация доклада чл.-к. РАН Бухтиярова В.И. на Совете 11.12.08

Отчет
по междисциплинарному проекту СО РАН № 79
«Размерные эффекты в адсорбции и катализе на металлах.
Разработка способов приготовления и методов изучения
наноразмерных металлических частиц»

Координатор:   чл.-к. РАН В.И. Бухтияров (Институт катализа СО РАН)
Руководители блоков: А.В. Латышев (Институт физики полупроводников СО РАН)
    С.Б. Эренбург (Институт неорганической химии СО РАН)
    В.А. Наслузов (Институт химии и химической технологии СО
    РАН)
В.Ф. Пиндюрин (Институт ядерной физики СО РАН)

Использование наноматериалов в катализе имеет давнюю историю и началось задолго до активного использования приставки “нано”. В качестве примера следует упомянуть катализаторы на основе частиц благородных металлов нанометрового размера (Pt, Pd, Rh), диспергированных на оксидных носителях. Долгое время основной причиной использования металлов в высокодисперсном состоянии была оптимизация их использования за счет увеличения соотношения поверхность/объем (каталитические реакции протекают на поверхностных центрах). Однако позже было выяснено, что переход к нанометровым частицам металла может вызывать изменение удельной каталитической активности (УКА), которая определяется как скорость реакции в присутствии катализатора, отнесенная к числу поверхностных (доступных) атомов металла. Речь идет о появлении размерного эффекта в структурно-чувствительных каталитических реакциях, скорость которых в отличие от структурно-нечувствительных реакций меняется с изменением среднего размера частиц активного компонента, что и стало темой данного проекта. Было показано, что изучение размерных эффектов невозможно без:
1) развития методов надежного охарактеризования наноразмерных частиц и определения их распределения по размерам;
2) развития методов управляемого и воспроизводимого синтеза наноразмерных частиц металла с однородным и варьируемым распределением частиц по размерам;
3) изучения электронных, структурных и адсорбционных свойств наноразмерных металлических частиц в зависимости от их размеров;
4) изучения каталитических свойств и сравнения величин УКА в зависимости от среднего размера нанесенных металлических частиц.
 В отчетном докладе будет представлено обоснование данного подхода, а также полученные в рамках выполнения междисциплинарного проекта СО РАН результаты, которые демонстрируют возможность использования размерных эффектов для увеличения активности наноразмерных катализаторов в реакциях низкотемпературного окисления СО и СH4 (катализаторы Au/Al2O3 и Pt/Al2O3, соответственно), селективного окисления олефинов (катализаторы Ag/Al2O3).
 Сделан вывод, что прогресс в выявлении факторов, обуславливающих появление размерных эффектов, и использование новых методов синтеза для получения катализаторов со строго контролируемыми свойствами позволяет получить более активные (заданный размер частиц) и более селективные (однородное распределение частиц по размерам) катализаторы, тем самым позволяя оптимизировать существующие процессы путем снижения энергозатрат (температура проведения реакции), уменьшения количества вредных выбросов, увеличения выхода ценного продукта и предложить абсолютно новые технологические схемы для переработки нефтехимического и химического сырья, утилизации выбросов различных стационарных источников и транспорта.