На главную

Мы в соцсетях


Версия для печати | Главная > Новости и объявления

Ученые Института катализа СО РАН разрабатывают катализаторы нового типа на основе металлических сплавов

20 июня 2022

Ученые ФИЦ Институт катализа СО РАН при поддержке Российского научного фонда исследуют реакционную способность многокомпонентных сплавов в синтезе углеродных наноматериалов для дизайна катализаторов нового типа. Результаты работы предполагается использовать для решения задач экологии, промышленности и водородной энергетики.

Многокомпонентные сплавы, или высокоэнтропийные сплавы (МКС) — это системы, которые содержат 4-5 и более металлов в сходных концентрациях. Они могут проявлять уникальные физические характеристики. В последнее время подобные системы вызывают большой интерес ученых в плане перспектив использования в ряде каталитических реакций и электрокаталитических приложений.

Научная новизна проекта состоит в том, что ранее такие сплавы не использовались для синтеза углеродных наноматериалов. «Интересно, что в составе подобных сплавов есть никель, кобальт, железо — это те самые металлы, которые хорошо известны как катализаторы получения углеродных нанотрубок, нановолокон и т. д. Но до сих пор их не применяли для синтеза подобных материалов. Мы собираемся синтезировать такие сплавные системы, содержащие четыре, пять и более компонентов для того, чтобы изучить их способность превращаться в активные катализаторы синтеза углеродных наноструктур, в первую очередь — углеродных нановолокон», — рассказывает руководитель проекта, ведущий научный сотрудник Института катализа СО РАН, к.х.н. Илья Мишаков

Как будут готовить МКС

По словам Ильи Мишакова, для реализации различных подходов к синтезу целевых сплавов к участию в проекте подключены сотрудники Института неорганической химии СО РАН (Новосибирск) и Института физики прочности и материаловедения СО РАН (Томск), обладающие необходимыми компетенциями. Участники проекта будут использовать три способа получения МКС — термолиз многокомпонентных предшественников, совместный электрический взрыв проволок и механохимическое сплавление металлов.

Термолизом многокомпонентных предшественников занимаются в Институте неорганической химии СО РАН. Суть метода заключается в том, что химические реагенты, содержащие необходимые металлические компоненты, смешиваются, затем прокаливаются, восстанавливаются, и на выходе получается сплав.

Получать МКС также будут в Томске методом совместного электрического взрыва проволок различных металлов. «В этом процессе берут проволоки необходимых металлов/сплавов, переплетают между собой и диспергируют за счет пропускания импульса тока высокой плотности. В результате совместного диспергирования проволок различных металлов/сплавов и образуются частицы многокомпонентного сплава», — рассказывает Илья Мишаков.

Третий способ — механохимическое сплавление порошков металлов. Для него используют планетарную мельницу, где развивается большое ускорение мелющих тел, что способствует эффективному сплавлению компонентов между собой.

Область применения новых катализаторов

Основная цель проекта — исследовать реакционную способность МКС в синтезе углеродных наноматериалов для создания нового типа закрепленных катализаторов. Когда сплав подвергается термической обработке в углеродсодержащей атмосфере, он диспергируется и это приводит к формированию активных частиц, которые обладают каталитическими свойствами. На активных сплавных частицах вырастают углеродные волокна. В результате процесса получается композитный материал, состоящий из углеродных нановолокон и МКС. Такие системы в дальнейшем могут использоваться как катализаторы и иметь широкую область применения. 

Ученые исследуют, каким образом новые катализаторы можно применять для обезвреживания хлорароматических соединений.

«Создаваемые системы могут применяться для адсорбции и гидродехлорирования хлорароматических соединений. Мы будем проверять нанесенные на углерод МКС в процессах обезвреживания хлорзамещенных углеводородов, которые, даже в малом количестве попадая в водоемы при техногенных авариях, портят воду и делают ее непригодной для использования и опасной для биологических объектов», — поясняет Мишаков.

Второе направление связано с процессом селективного гидрирования при получении этилена из ацетилена, говорит ученый: «В этом процессе селективно гидрируется тройная связь и получается этилен. Подготовка сырья путем селективного гидрирования — это один из важных процессов в промышленности». Эта часть работы будет осуществляться в Центре новых химических технологий ИК СО РАН в Омске.

Наконец, каталитические системы на основе МКС могут быть перспективны для запасания водорода. «Хранение водорода — очень непростая задача. Один из способов основан на использовании так называемых жидких органических носителей водорода, которые способны обратимо присоединять и отдавать водород. Для этих процессов также необходимы катализаторы, и системы на основе МКС могут оказаться перспективными», — рассказывает Илья Мишаков.

Для процессов гидродехлорирования и гидрирования часто используются катализаторы на основе драгоценных платиновых металлов. Ожидается, что новые системы станут более доступной альтернативой. «Драгоценные металлы типа палладия можно заменить набором очень дешевых — никелем, железом, хромом и т.д. в разных комбинациях. Они могут дать значимый положительный эффект, работая вместе. Мы ищем комбинации металлов, которые бы работали более слаженно в «команде», обеспечивая такую же активность, как и драгметаллы, а возможно и более высокую», — отмечает руководитель проекта.



Copyright © catalysis.ru 2005-2022
Политика конфиденциальности в отношении обработки персональных данных