6. Катализ наноструктурированными углеродными материалами.

Каталитические свойства углеродных материалов отличаются от свойств обычных окислов, в частности, как носителей катализатора. Недавно учёных заинтересовали углеродные нанотрубки (УНТ), обладающие отчётливым тубулярным строением и особой электронной структурой графеновых стенок, где π-электроны вследствие искривления сдвинуты изнутри наружу. Это обеспечивает замечательную среду для локализации нанокатализаторов и каталитических реакций внутри таких маленьких полостей. Были разработаны способы гомогенного введения наночастиц металла в каналы УНТ, и систематически изучено влияние локализации металлических катализаторов на их физико-химические свойства, а также на каталитическую активность. Используя Fе в качестве образца, обнаружили, что окислительно-восстановительные свойства оксида железа и металлического железа меняются, когда они заключены внутри каналов УНТ. К примеру, восстановление оксида железа, локализованного в УНТ, облегчается по сравнению с оксидом, распределённым на наружной поверхности УНТ.

Было обнаружено поразительное усиление каталитической активности частиц, заключённых внутри нанотрубок, по превращению СО и Н2 в этанол. Общая скорость образования этанола внутри нанотрубок превышает таковую снаружи больше, чем на порядок величины, хотя наружная сторона гораздо более доступна.

7. Наноструктурированные мембранные и пористые катализаторы, приготовленные с использованием осаждения атомного слоя.

Химия наноуглеродных материалов вообще, и многостенных углеродных нанотрубок, в частности, в последнее время вызывает все больший интерес ученых как в России, так и за рубежом. Благодаря этому из ряда экзотических объектов эти квазимолекулярные углеродные структуры перешли в разряд доступных химических веществ. Развитие синтетических подходов привело к тому, что их стоимость, когда-то превышавшая сотни долларов за грамм, опустилась до уровня нескольких десятков центов. При этом воспроизводимость структуры, а следовательно, и свойств материала достаточно высокая.

Модификация поверхности нанотрубок, изначально инертной и гидрофобной, различными функциональными группами может лечь в основу их широкого использования в области биотехнологий, химии полимеров, катализе. Наиболее перспективным для этого является декорирование поверхности многостенных УНТ карбоксильными группами, что, в дальнейшем открывает путь к модификации различными функциональными органическими фрагментами. Несмотря на большое количество известных методик, с точки зрения воспроизводимости, количества групп, варьирования геометрических размеров трубок, карбоксилирование целесообразно проводить обработкой азотной кислотой. Данные параметров зависят от типа окислителя, концентрации, времени воздействия, структуры МУНТ(многостенные углеродные нанотрубки), методы определения СООН-групп.

Карбоксилированные МУНТ, так же как и их предшественники, демонстрируют устойчивость до 450^oC, их структурные и электронные характеристики, рассчитанные из спектров КР и дифракционных данных, практически не изменяются. Они демонстрируют высокие показатели по сорбционной емкости для диоксина и их производных; при этом эффективность процесса увеличивается при наличии в структуре инкапсулированных наночастиц металла.

Показано, что полученные материалы крайне эффективно стабилизируют наночастицы переходных металлов на своей поверхности, препятствуя агрегации, и, после окислительной конверсии, практически не блокируя поверхность самих металлов. Показана эффективность подобных систем в реакциях каталитического гидрирования и синтезе Фишера-Тропша(Процесс Фишера – Тропша — это химическая реакция, происходящая в присутствии катализатора, в которой  монооксид углерода (CO) и водород   преобразуются в различные жидкие углеводороды. Обычно используются катализаторы, содержащие железо и кобальт. Принципиальное значение этого процесса — это производство синтетических углеводородов для использования в качестве синтетического смазочного масла или синтетического топлива.).

C+H₂O→-CO+H₂

CO + 2 H₂ → −CH₂− + H₂O

2 CO + H₂ → −CH₂− + CO₂.

Одно из перспективных направлений применения УНТ — использование их в биотехнологии и медицине в качестве систем доставки при создании новых типов лекарств и вакцин.

Функционализация нанотрубок алкильными и аллильными фрагментами позволяет получать комбинированных полимерные материалы с улучшенными реологическими и прочностными свойствами. Крайне эффективным является введение модифицированных МУНТ в водные дисперсии полимеров: так адгезия и механическая прочность полученных подобным образом латексных пленок увеличивается более чем втрое, при добавлении лишь 0,4 масс. % трубок.