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 22-23-00608

НазваниеМоноатомные Pd катализаторы для получения водорода на основе ковалентных триазиновых каркасов

Руководитель Булушев Дмитрий Александрович, 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 №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

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

Ключевые слова разложение муравьиной кислоты, получение водорода, катализаторы с моноатомными центрами, Pd, ковалентные триазиновые каркасы, механизм реакции

Код ГРНТИ31.15.28

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Нанесённые металлические катализаторы обычно представляют собой материал, состоящий из носителя, на котором закреплен активный компонент катализатора - наночастицы металла размером от 2-3 до нескольких десятков нанометров, на поверхности которых протекают каталитические реакции. Такие катализаторы являются более стабильными, чем гомогенные катализаторы, они позволяют многократное использование и легкое отделение от жидких продуктов и реагентов, но, к сожалению, часто бывают менее активными в различных реакциях. Поэтому необходимо разрабатывать новые типы гетерогенных катализаторов. В последние несколько лет наблюдается большой интерес к исследованию катализаторов, в которых активный компонент-металл атомарно-диспергирован на поверхности носителя, то есть представляет собой поверхностные изолированные атомы металла, закреплённые на определенных центрах носителя. Такие катализаторы называют катализаторами с моноатомными центрами (single-atom catalysts, SAC). Каталитические свойства такого материала могут существенно отличаться от свойств объемного металла вследствие отличающейся координации атома металла и его электронных свойств. Важно, что скорости некоторых реакций на катализаторах c моноатомными центрами могут значительно превышать скорости на традиционных нанесенных катализаторах при сохранении высокой стабильности, что может позволить проводить реакции при более низких температурах, при меньших затратах энергии. Целью проекта является разработка новых активных, селективных и стабильных катализаторов с моноатомными центрами Pd, нанесенными на ковалентные триазиновые каркасы, для получения водорода путём разложения муравьиной кислоты. Для синтеза катализатора с высокой концентрацией активных моноатомных центров необходимо иметь носитель с высокой площадью поверхности, содержащий высокую концентрацию определенных центров, которые могут взаимодействовать с прекурсором металла и впоследствии при нагревании стабилизировать моноатомные центры металла, сильно взаимодействующие с носителем, что предотвращает их спекание в наночастицы. Ковалентные триазиновые каркасы состоят из углерода, азота, водорода и иногда кислорода, являются стабильными при достаточно высоких температурах (>673 K) и обладают специфическими поверхностными центрами, в частности, азотными, способными связывать атомы металла. В катализаторах с моноатомными центрами дорогой металл-катализатор используется более эффективно по сравнению с металлом в наночастицах, которые содержат также металл в объеме частиц, обусловливая меньшую концентрацию активных центров. Это особенно важно для промышленного использования, где цена катализатора играет важную роль. Следует ожидать дальнейшей интенсификации исследований в направлении катализа моноатомными центрами и значительного научного прорыва, следующего за прорывом в исследованиях по нанокатализу, уже не вызывающим столь значительный интерес, который наблюдался 5-10 лет назад. Научные проблемы состоят в выявлении влияния изоляции отдельных атомов металла на носителе на каталитические свойства, в установлении структуры и электронного состояния атомов металла. Разработка эффективных катализаторов, содержащих нанесенные моноатомные центры Pd будет проводиться на основе изучения структуры активного центра и механизма реакции. Будут осуществлены следующие этапы работы: - физико-химические исследования полученных ковалентных триазиновых каркасов, - нанесение активного компонента (Pd) на эти носители с целью получения моноатомных центров металла, - определение каталитических свойств в реакциях получения водорода из муравьиной кислоты катализаторов с моноатомными центрами Pd и сравнение их со свойствами катализаторов с наночастицами, - определение структуры и электронных свойств активного центра, - установление взаимосвязи между структурой активного центра и каталитической активностью, селективностью и стабильностью в реакциях получения водорода разложением муравьиной кислоты, - установление основных принципов механизма реакций. Выбор реакции разложения муравьиной кислоты объясняется тем, что муравьиная кислота рассматривается в последнее время в качестве жидкого органического вещества для хранения водорода (LOHC). Она содержит 4.4 вес% водорода (53.4 г/л), что в 2 раза больше, чем количество водорода при 350 бар в том же объеме. Важно иметь катализаторы, которые позволяют извлекать водород из муравьиной кислоты без примеси СО при температурах близких к комнатной (<373 К). Другим продуктом разложения является диоксид углерода, который может быть использован в свою очередь для синтеза муравьиной кислоты также при низких температурах (<373 K). Альтернативно муравьиная кислота может быть получена окислением/ гидролизом биомассы. В литературе только недавно начали появляться данные о работах, в которых используются катализаторы с моноатомными Pd центрами для указанной реакции.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---