Лаборатория катализа нанесенными металлами и их оксидами (№35)
- Селективное жидкофазное гидрирование замещенных алкинов
- Направленный дизайн каталитических систем на основе металлических наночастиц с высокоупорядоченной структурой «моноатомных» активных центров
- Каталитическая очистка отходящих газов предприятий и выхлопных газов автотранспорта
- Реакции озонирования летучих органических соединений и СО
- Селективное гидрирование нитросоединений
✓ Катализаторы на основе ацетатных комплексов для жидкофазного стереоселективного гидрирования замещенных алкинов
Разработан ряд высокоселективных биметаллических катализаторов гидрирования замещенных алкинов, активными центрами которых являются биметаллические наночастицы Pd-Ag, Pd-Cu, Pd-In. Катализаторы имеют параметры активность/селективность, не уступающие параметрам коммерческого катализатора Линдлара (5%Pd-Pb/CaCO3) и обеспечивают более высокий выход целевых продуктов при более низком (1%) содержании палладия. Высокие характеристики катализатора достигнуты благодаря использованию при приготовлении гетеробиметаллических ацетатных комплексов Pd-M(ООCMe)4(OН2), что обеспечивает прочную связь между атомами обоих металлов и образование гомогенных биметаллических частиц Pd-M. В отличие от катализатора Линдлара образцы не содержат ядовитых соединений свинца и могут быть использованы в фармакологической и пищевой промышленности.
✓ Новый высокоэффективный метод синтеза Cu-содержащих цеолитов
Предложен новый эффективный метод синтеза Cu‑содержащих цеолитных катализаторов, обладающих высокой активностью в реакции восстановления оксидов азота аммиаком. Метод основан на ионной миграции катионов меди в структуру цеолита в присутствии следового количества аммиака. Использование данного метода позволяет не только существенно повысить активность цеолитного катализатора за счет достижения более полной степени обмена, но и избежать большого количества отходов, как при ионном обмене в водных растворах. Преимуществом данного метода перед обычным твердофазным ионным обменом являются мягкие условия синтеза: в присутствии NH3 миграция и распределение катионов меди в структуре цеолита происходит при значительно более низких температурах (200–250 °С), чем в токе воздуха или инертного газа (700–800 °С). Установлено, что высокая скорость процесса миграции катионов меди в присутствии аммиака определяется образованием подвижных комплексов [Cu(NH3)2]+.
✓ Высокоупорядоченные биметаллические катализаторы на основе интерметаллида Pd-Zn для реакций тонкого органического синтеза
В жидкофазном гидрировании замещенных алкинов различной структуры на биметаллическом Pd–Zn/α-Al2O3 катализаторе установлено, что повышение температуры восстановления от 200 до 400 и
✓ Высокоупорядоченные катализаторы на основе наночастиц интерметаллида Pd-In со структурой “single atom” для реакций тонкого органического синтеза
Разработан эффективный метод синтеза нанесенных биметаллических Pd‑In катализаторов для реакции жидкофазного селективного гидрирования замещенных алкинов. Установлено, что активными центрами катализаторов являются высокоупорядоченные частицы интерметаллида Pd1In1 со структурой «single-atom». По своим каталитическим свойствам биметаллические Pd‑In катализаторы сопоставимы, а в некоторых случаях превосходят известные коммерческие аналоги (например, катализатор Линдлара).
✓ Высокоселективный Pd-In катализатор со структурой “single atom” для изучения механизмов реакций гидрирования методом ЯМР с использованием параводорода
Pd-In катализаторы также проявляют высокую селективность в реакции газофазного селективного гидрирования С3Н4 параводородом. Впервые установлено, что протекание реакции на Pd-In/Al2O3 приводит к усилению сигнала 1Н-ЯМР в 3400 раз для С3Н6, что свидетельствует о преимущественном вкладе парного пути присоединения Н2. Значительное усиление сигнала и высокая селективность Pd-In катализатора позволили выборочно получать 1H-МРТ изображения гиперполяризованного С3Н6 в газовой фазе для протонов в CH-, CH2- и CH3-группах. Это наблюдение уникально и может быть использовано для разработки методики in situ МРТ. Работа выполнена совместно с Международным томографическим центром СО РАН, ИК СО РАН, НГУ и Калифорнийским университетом в Беркли.
✓ Новая кинетическая модель для описания влияния размерного эффекта на активность и селективность Pd/Al2O3 катализатора в жидкофазном селективном гидрировании фенилацетилена
Разработана развернутая кинетическая модель, с высокой степенью точности описывающая взаимосвязь между размером наночастиц Pd нанесенного катализатора Pd/Al2O3 и его каталитическими свойствами в реакции жидкофазного гидрирования фенилацетилена. Высокая предсказательная сила данной модели позволяет управлять реакцией гидрирования на любой стадии, причем как при ее протекании в проточном реакторе, так и в реакторе идеального смешения автоклавного типа. (Совместно с ИК СО РАН и Åbo Akademi University).
✓ Полифункциональные двухзонные катализаторы для комплексной очистки выхлопных газов автотранспорта и отходящих газов промышленных предприятий
С использованием методов рационального дизайна (принципов микро- и макроструктурирования) разработаны экологически безопасные, не содержащие благородных металлов мультизонные каталитические системы, позволяющие одновременно удалять NOx, CO и летучие органические соединения в широком интервале температур. Благодаря высокой эффективности, низкой себестоимости и компактным размерам эти системы могу быть использованы для комплексной очистки выхлопных газов автотранспорта и отходящих газов промышленных предприятий.
✓ Эффективная двухзонная каталитическая система для очистки отходящих газов промышленных предприятий
Разработана двухзонная каталитическая система FeBeta||MnCe/FeBeta для нейтрализации отходящих газов химических предприятий (производство азотной кислоты, нитросоединений и др.). Эта система обладает высокой эффективностью в реакции селективного восстановления оксидов азота (NOx = NO, NO2) аммиаком. Она обеспечивает полную нейтрализацию токсичных NОx путем их конверсии в молекулярный азот в широком интервале температур (200–500°С). Существенным технологическим преимуществом двухзонной системы является то, что она позволяет решить проблему удаления избытка аммиака, возникающего вследствие нестационарности подачи восстановителя в систему очистки. Остаточный NH3 на двухзонной системе селективно окисляется с образованием N2 и воды.
✓ Интерметаллический катализатор Pd2In3/Al2O3 с изолированными Pd центрами для one-pot гидрирования дифенилацетилена в транс-стильбен
Предложен эффективный однореакторный (one-pot) метод синтеза транс-олефинов. Суть метода заключается в гидрировании дизамещенного алкина в цис-олефин с последующей гидроизомеризацией на интерметаллическом Pd2In3/Al2O3 катализаторе в транс-изомер. С использованием дифенилацетилена (ДФА) в качестве модельного соединения показано, что скорость гидроизомеризации на Pd2In3/Al2O3 превышает скорость полного гидрирования исходного алкина в соответствующий алкан, что обеспечивает высокий выход транс-изомера (75–80 %). Процесс формирования PdxIny наночастиц с упорядоченной структурой детально изучен комплексом физико-химических методов. Установлено, что высокая селективность по целевому транс-продукту обусловлена образованием на поверхности PdxIny наночастиц одноатомных центров Pd1, изолированных атомами In.
