Институт катализа СО РАН провел ежегодный мемориальный семинар, посвященный дню рождения академика Кирилла Ильича Замараева, одного из основателей института. В этом году победителями стали молодые ученые с темами, посвященными созданию катализаторов для окислительной конденсации метана и для окисления монооксида углерода во влажных условиях.

Председатель Сибирского отделения РАН, научный руководитель ИК СО РАН академик Валентин Пармон выступил с рассказом о научной школе Замараева, ученика академика Владислава Воеводского:

«Научная школа Кирилла Ильича Замараева — специфическая, задачи перед ним стояли необычные. Его научным руководителем был академик Воеводский, родоначальник использования магнитной радиоспектроскопии в химии. Замараев много занимался радиоспектроскопией, был одним из первых, кто начал использовать ядерный магнитный резонанс и электронный парамагнитный резонанс для исследования строения металлокомплексов в растворах. Также в его работах существенное место занимали реакции с туннельным переносом электрона».

Работа победителя конкурса Александра Горкуши, младшего научного сотрудника Отдела исследования катализаторов, аспиранта второго года, посвящена дифракционным исследованиям сложных оксидов нестехиометрического состава со структурой слоистого перовскита. Он изучал перовскитоподобные оксиды, которые состоят из чередующихся блоков со структурами каменной соли и перовскита. В работе рассматриваются особенности соединения Sr₂TiO₄, рассматриваемого в качестве возможного катализатора реакции окислительной конденсации метана.

«Окислительная конденсация метана — это одностадийный метод переработки метана в жидкие углеводороды при атмосферном давлении, тогда как традиционный способ получения жидких топлив из метана состоит из многих стадий и проводят его при высоком давлении. В потенциальном катализаторе для этого процесса с составом Sr₂TiO₄ наблюдаются дефекты кристаллической решетки, благодаря которым не вошедший в структуру стронций сегрегируется на поверхности частиц. Мы разработали рентгенографическую методику для определения содержания этих планарных дефектов. Оказалось, что для образцов с наибольшим содержанием дефектов и поверхностного стронция значение конверсии метана и выхода C2-углеводородов значительно выше, чем у слабодефектного Sr₂TiO₄».

Второй победитель — младший научный сотрудник Отдела физико-химических исследований на атомно-молекулярном уровне, аспирант второго года Николай Соковиков — представил исследование катализатора на основе тройного оксида серебра, меди и марганца для низкотемпературного окисления монооксида углерода во влажных условиях. На сегодня каталитическое окисление — один из наиболее эффективных способов нейтрализации вредоносных газов. Однако в каталитических системах используют, как правило, драгоценные металлы, поэтому актуально искать более эффективные и менее дорогостоящие материалы. Перспективное решение — системы на основе оксидов переходных металлов.

«Мы разработали методику приготовления оксида серебра, меди и марганца со структурой делафоссита. В реакции окисления СО каталитическая активность обнаружена при температуре ниже нуля. В отличие от большинства коммерческих катализаторов при комнатной температуре в присутствии насыщенных паров воды наш оксид эффективно работал более 5 часов, достигая стационарного состояния. Для определения природы низкотемпературной активности мы применили комплекс физико-химических методов, в том числе ex situ РФЭС и in situ рентгенографию на базе ЦКП «Национальный центр исследования катализаторов». Мы показали наличие переноса заряда медь-марганец и предложили объяснение каталитической активации-дезактивации через изменение геометрии переноса заряда».

Младший научный сотрудник Отдела материаловедения и функциональных материалов ИК СО РАН, аспирант первого года Юрий Герус рассказал о работе, посвященной синтезу и исследованию высокодисперсных алюминатов кальция. Ученый рассматривал структуру майенита — он содержит активные формы кислорода, что делает его привлекательным для окислительного катализа:

«Обычно майенит получают прямым сплавлением предшественников в стехиометрическом соотношении, но их текстурные характеристики посредственные. Мы поставили задачу разработать методики синтеза майенита с развитой удельной поверхностью. Мы использовали аэрогельный метод синтеза, где жидкая фаза полностью замещается газообразной. Эта методика позволила нам получить материалы с удельной поверхностью 310 квадратныхметров на грамм».

Младший научный сотрудник Отдела физико-химических исследований на атомно-молекулярном уровне, аспирант первого года Кирилл Ларионов представил исследование связи структуры Zr-содержащих металл-органических каркасов с их каталитической активностью в селективном окислении тиоэфиров пероксидом водорода.

«В качестве модельного катализатора мы использовали UiO-66 — первый представитель цирконий-содержащих металл-органических каркасов. Этот материал активно изучают благодаря высокой термической и гидролитической стабильности. Помимо многих других каталитических процессов, он способен активировать пероксид водорода в реакции окисления органических сульфидов. Предполагается, что каталитически активными центрами в этой реакции служат Zr-OH группы, связанные с дефектами. Но чтобы проверить эту гипотезу, нужно определять количество Zr-OH групп. Для это мы разработали новый подход на основе жидкофазной адсорбции изомасляной кислоты. С использованием этого метода, нам удалось проследить прямую зависимость между количеством основных центров и каталитической активностью UiO-66», — объяснил ученый.