РФФИ 20-52-76018
Ион-имплантированные двумерные материалы для одноцентрового катализа
Данный проект посвящен разработке и всестороннему изучению высокоэффективных одноцентровых катализаторов (ОЦК) на основе двумерных наноструктур (h-BN и g-CN) с использованием методов контролируемой ионной имплантации, модификации поверхности и теоретического моделирования, направленных на создание инновационных каталитических систем для реакций окисления монооксида углерода и риформинга метана.
Цель проекта
Основная цель проекта — создание нового поколения высокоэффективных одноатомных катализаторов (ОЦК) на основе двумерных материалов (h-BN и g-CN), с использованием методов низкоэнергетической ионной имплантации и модификации поверхности, для ключевых химических процессов (окисление CO и риформинг метана), что позволит преодолеть ограничения традиционных катализаторов за счёт предотвращения агломерации атомов и оптимизации их каталитической активности.
Проект направлен на фундаментальное изучение взаимосвязи структуры и свойств ОЦК, разработку технологий их синтеза и внедрение в практику, что может привести к прорыву в области энергоэффективного и экологичного катализа.
Проект направлен на фундаментальное изучение взаимосвязи структуры и свойств ОЦК, разработку технологий их синтеза и внедрение в практику, что может привести к прорыву в области энергоэффективного и экологичного катализа.
Основные исполнители
Группа ученых и исследователей, работающих над этим проектом
- Руководитель гранта
д.ф.м.н., в.н.с.
НИТУ МИСИС, Россия - Head of Ion Beam Center
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf,
Germany - Chair Professor, Department of Chemistry
Aristotle University of Thessaloniki
Greese
Результаты проекта
Мы успешно разработали высокоэффективные одноатомные катализаторы (ОЦК) на основе модифицированного нитрида бора (h-BN) и его производных (h-BNxOy, BxCyNz), включая системы с атомами Pt, Fe, Cu, Ni.
Проект создал основу для внедрения энергоэффективных и селективных катализаторов в экологически значимые процессы, сочетая инновационный синтез с глубоким пониманием структура-свойства.
Проект создал основу для внедрения энергоэффективных и селективных катализаторов в экологически значимые процессы, сочетая инновационный синтез с глубоким пониманием структура-свойства.
Преимущества результата
- Высокая эффективность
- Одноатомные катализаторы на h-BN превосходят традиционные наночастицы в окислении СО и риформинге метана, снижая энергозатраты процессов.
- Кислородные центры в h-BNxOy усиливают активность Pt, но подавляют её для Cu/Ni, что позволяет селективно проектировать катализаторы под конкретные реакции.
- Масштабируемые методы синтеза
- Разработаны воспроизводимые методы: CVD, плазмохимический синтез, низкотемпературное травление Ag-наночастицами, ионная имплантация (~10 эВ).
- Функционализация (H, F, Cl) и создание дефектов повышают стабильность и адсорбционную ёмкость подложек.
- Универсальность
- Подход применим к широкому спектру металлов (Pt, Fe, Ni, Cu) и реакций (окисление СО, активация CH₄).
- Предложенные катализаторы совместимы с промышленными процессами, включая очистку выбросов и синтез топлив.
- Фундаментальные инсайты
- Установлена связь между магнитными свойствами B-вакансий и каталитической активностью, что открывает путь к дизайну новых ОЦК.
- Доказана роль одноатомных центров в механизмах Эли-Ридела (СО) и радикального отрыва водорода (CH₄).
Публикации по проекту
- Konopatsky A.S., Leybo D.V., Kalinina V.V., Zilberberg I.L., Antipina L.Yu., Sorokin P.B., Shtansky D.V. Synergistic catalytic effect of Ag and MgO nanoparticles supported on defective BN surface in CO oxidation reaction // Materials 2023, V. 16, № 2, P. 470
- Matveev A.T., Firestein K.L., Konopatsky A.S., Volkov I.N., Leybo D.V.. Koskin A.P., Vedyagin A.A., Golberg D.V., Sorokin P.B., Shtansky D.V. Oxygen-containing hexagonal boron nitride with an extremely small amount of Pt in CO oxidation // Mater. Lett. 2023, V. 337, P. 133995
