1.Наноструктуированные каталитические системы: взаимосвязь каталитической активности со структурой (размером) частиц активного компонента.

Изменение каталитических свойств металлов, происходящее при уменьшении размеров металлических частиц и их переходе в интервал наночастиц (1–100 нм) является одним из фундаментальных вопросов гетерогенного катализа. Данная проблема представляет не только академический, но и вполне конкретный практический интерес, поскольку ее решение позволяет проводить целенаправленное модифицирование свойств наночастиц металла, синтез гетерогенных металлических катализаторов с улучшенными характеристиками. Особое значение данное направление исследований имеет для разработки конкурентоспособных промышленных гетерогенных катализаторов на основе дорогостоящих металлов платиновой группы.

Специфика каталитических свойств металлических наночастиц, связанных как с размером наночастиц, так и с их взаимодействием с носителем. Рассматривается влияние этих факторов на активность и селективность металлических наночастиц в реакциях гидрогенолиза С–С связи, гидрирования ароматических соединений, олефинов, ацетиленовых соединений, гидродехлорирования, а также полного окисления органических соединений. Показано, что величина оптимального размера наночастиц определяется типом реакции и такими факторами, как характер взаимодействия наночастицы с носителем, сила адсорбции субстратов и продуктов каталитической реакции, электронная и кристаллографическая структура наночастиц. Результаты проведенного анализа указывают на возможность существенного совершенствования эксплуатационных характеристик гетерогенных катализаторов на основе благородных металлов или значительного снижения содержания дорогостоящего металлического компонента.

2. Наноструктурированные углеродные материалы для адсорбционных и каталитических приложений.

Отличительной особенностью наноструктурированных углеродных материалов от обычных является, во-первых, высокая однородность (как по размеру, так и по строению) первичных углеродных частиц и, во-вторых, определенная упорядоченность укладки этих первичных наночастиц во вторичную частицу (агрегат). В большинстве случаев такая ситуация может быть достигнута двумя способами: а) формированием углеродной фазы в матрицах, обладающих упорядоченной пористой структурой, например цеолиты, слоистые алюмосиликаты, опалы и др. б) генерацией аэрозолей или гидрозолей углеродных наноглобул с их последующей самосборкой под действием задаваемых физических или химических факторов. Процессы образования углеродной фазы также могут варьироваться путем изменения природы предшественников углеродной фазы и условий их превращений (от радикальных высокотемпературных, до среднетемпературных каталитических, и низкотемпературных жидкофазных) включая возможность введения в состав углеродной фазы гетероатомов. Все это разнообразие методов позволяет целенаправленно получать наноструктурированные углеродные материалы различного назначения.

Примеры получения наноструктурированных углеродных материалов через стадии: а) высокотемпературной генерации аэрозоля наноглобулярного углерода с его последующей коагуляцией; б) полимеризации активного мономера в межслоевом пространстве слоистого алюмосиликата (матрицы) с последующим разложением образовавшегося полимера в матрице и ее последующего отделения; в) дегидрохлорирования линейных хлорсодержащих полимеров (например: хлорированного полихлорвинила) в растворах с последующими низкотемпературными обработками образовавшихся твердых конденсированных продуктов. Продемонстрированы возможности вариации текстурных свойств получаемых углеродных материалов, показано, что они являются наноструктурированными. Изучены свойства полученных материалов как адсорбентов и носителей для катализаторов. Приведены примеры применения этих материалов в процессах рекуперации органических соединений из водных растворов, получения катализаторов для гидропереработки, решения задач протеомики, водородной энергетики, газовой микросенсорики и др.