Лаборатория синтеза и физико-химических исследований новых композитных катализаторов

Основные направления исследований лаборатории связаны с разработкой композитных катализаторов нового поколения для эффективного окисления монооксида углерода (СО) как наиболее токсичного газа, загрязняющего атмосферу вследствие выхлопа автомобилей и выбросов отходящих газов промышленности. Каталитическое окисление монооксида углерода является максимально результативным методом его нейтрализации.

Для выяснения всех необходимых фундаментальных аспектов каталитического действия осуществляется синтез, комплексное физико-химическое исследование и анализ каталитических свойств композитных катализаторов, на основе которых в дальнейшем возможен переход к технологическим схемам приготовления и применения катализаторов в промышленности.

Наиболее важными направлениями на данный момент является создание и исследование:

катализаторов, которые позволили бы проводить каталитическое окисление монооксида углерода при комнатной температуре и ниже при сохранении их термической стабильности при воздействии температуры 1000оС и более. В этом случае в перспективе возможно применение таких катализаторов для нейтрализации токсичных выхлопных газов автомобилей;
катализаторов, которые позволили бы проводить так называемое «мокрое» окисление СО (то есть окисление СО в парах воды) при низких температурах, близких к комнатной. Эти катализаторы нужны для очистки замкнутых помещений (подводные лодки, космические аппараты и т.д.) для обеспечения жизнедеятельности человека;
модельных каталитических систем, таких как «кластер/наночастица на поверхности активной подложки» для выяснения природы кислородных состояний на поверхности дефектных высокодисперсных систем.

В лаборатории изучаются как реальные порошковые катализаторы, так и модельные системы, которые были приготовлены в камерах приборов с их последующим анализом.

Результаты исследований:

исследованы порошковые катализаторы на основе металл-оксидных и металл-углеродных композитов. Каталитические системы были синтезированы различными методами, включая как химические (метод соосаждения и метод сжигания раствора) так и физические методы (плазменно-дуговое распыление). Изучена каталитическая активность полученных катализаторов, которая оказалась на уровне выше мирового;
сделан вывод о том, что сильно окисленные наночастицы металлов группы IB и палладия могут быть активными формами для низкотемпературного окисления;
с использованием комплекса физико-химических методов были установлены корреляции между структурой катализаторов и их активностью.

Партнеры лаборатории: IRCELYON (Лион, Франция), МГУ (Москва), ТГУ (Томск), Сибирский физико-технического институт ТГУ (Томск), КемГУ (Кемерово), Институт углехимии и химического материаловедения СО РАН (Кемерово), Институт проблем переработки углеводородов СО РАН (Омск).

Кафедра общей химии Факультета естественных наук НГУ
Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН
Институт неорганической химии СО РАН
Институт теплофизики СО РАН
Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН

Статьи 2016 года

1) Vasilchenko D.B., Gulyaev R.V., Slavinskaya E.M., Stonkus O.A., Shubin Y.V., Korenev S.V., Boronin A.I. Effect of Pd deposition procedure on activity of Pd/Ce0.5Sn0.5O2 catalysts for low-temperature CO oxidation// Catal. Comm. 73 (2016) 34–38 http://dx.doi.org/10.1016/j.catcom.2015.10.012
2) Komogortsev S.V., Iskhakov R.S., Zimin A.A., Filatov E.Y., Korenev S.V., Shubin Y.V., Chizhik N.A., Yurkin G.Y., Eremin E.V. The exchange interaction effects on magnetic properties of the nanostructured CoPt particles// J. Magnetism and Magnetic Materials 401 (2016) 236-241 http://dx.doi.org/10.1016/j.jmmm.2015.10.041
3) Svintsitskiy D.A., Slavinskaya E.M., Kardash T.Y., Avdeev V.I., Senkovskiy B.V., Koscheev S.V., Boronin A.I. Low-temperature catalytic CO oxidation over mixed silver–copper oxide Ag2Cu2O3// Applied Catalysis A: General 510 (2016) 64–73 http://dx.doi.org/10.1016/j.apcata.2015.11.011

Статьи 2015 года

1) Svetlichnyi V.A., Izaak T.I., Lapin I.N., Martynova D.O., Stonkus O.A., Stadnichenko A.I., Boronin A.I. Physicochemical investigation of nanopowders prepared by laser ablation of crystalline silicon in water// Adv. Power Technology 26 (2015) 478-486 http://dx.doi.org/10.1016/j.apt.2014.12.004
2) O.Yu. Podyacheva, Z.R. Ismagilov. Nitrogen-doped carbon nanomaterials: To the mechanism of growth, electrical conductivity and application in catalysis// Catal. Today 249 (2015) 12-22 http://dx.doi.org/10.1016/j.cattod.2014.10.033
3) E.M. Slavinskaya, R.V. Gulyaev, A.V. Zadesenets, O.A. Stonkus, V.I. Zaikovskii, Yu. V. Shubin, S.V. Korenev, A.I. Boronin. Low-temperature CO oxidation by Pd/CeO2 catalysts synthesized using the coprecipitation method// Appl. Catal. B. 166-617 (2015) 91-103 http://dx.doi.org/10.1016/j.apcatb.2014.11.015
4) L.S. Kibis, A.I. Stadnichenko, S.V. Koscheev, V.I. Zaikovskii, A.I. Boronin. Highly Oxidized Gold Nanoparticles: In Situ Synthesis, Electronic Properties, and Reaction Probability Toward CO Oxidation// J. Phys. Chem. C 119 (2015) 2523-2529 http://dx.doi.org/10.1021/jp510684s
5) S. Malykhin. Hydrogen abstraction reactions of the [FeO]2+ moiety: The role of the electronic state// Chem. Phys. Lett. 622 (2015) 69-74 http://dx.doi.org/10.1016/j.cplett.2015.01.024
6) Grayfer E.D., Kibis L.S., Stadnichenko A.I., Vilkov O. Yu., Boronin A.I., Slavinskaya E.M., Stokus O.A., Fedorov V.E. Ultradisperse Pt nanoparticles anchored on defect sites in oxygen-free few-layer graphene and their catalytic properties in CO oxidation// Carbon 89 (2015) 290-299 http://dx.doi.org/10.1016/j.carbon.2015.03.050
7) A.I. Stadnichenko, L.S. Kibis, D.A. Svintsitskiy, S.V. Koshcheev, A.I. Boronin. Application of RF discharge in oxygen to create highly oxidized metal layers// Surface Engineering (2015) http://dx.doi.org/10.1179/1743294415Y.0000000010
8) D.A. Svintsitskiy, L.S. Kibis, A.I. Stadnichenko, S.V. Koscheev, V.I. Zaikovskii, A.I. Boronin. Highly Oxidized Platinum Nanoparticles Prepared through Radio-Frequency Sputtering: Thermal Stability and Reaction Probability towards CO// ChemPhysChem 16 (2015) 3318-3324 http://dx.doi.org/10.1002/cphc.201500546
9) M. Zacharska, O. Yu. Podyacheva, L. S. Kibis, A. I. Boronin, B. V Senkovskiy, E. Yu. Gerasimov, O. P. Taran, A. B. Ayusheev, V. N Parmon, J. J. Leahy, D. A. Bulushev. Ruthenium Clusters on Carbon Nanofibers for Formic Acid Decomposition: Effect of Nitrogen-Doping of the Support // ChemCatChem 7 (2015) 2910-2917 http://dx.doi.org/10.1002/cctc.201500216
10) Parfenov M.V., Malykhin S.E., Pirutko L.V., Kharitonov A.S., Starokon E.V. Reaction of butyraldehyde formation from ethylene and ethylene oxide on ZSM-5 surface// Research on Chem. Interm. 41 (2015) 8735-8745 http://dx.doi.org/10.1007/s11164-015-1925-5
11) Gulyaev R.V., Koscheev S.V., Malykhin S.E. An algorithm for removing charging effects from X-ray photoelectron spectra of nanoscaled non-conductive materials// J. Electr. Spec. Rel. Phen. 202 (2015) 89-101 http://dx.doi.org/10.1016/j.elspec.2015.03.008
12) Korneeva E.V., Ivanova A.S., Plyasova L.M., Zaikovskii V.I. Structural and textural characteristics of systems based on layered Mg-Al hydroxides// Kinetics and Catalysis 56 (2015) 347-358 http://dx.doi.org/10.1134/S002315841503012X
13) Korneeva E.V., Ivanova A.S., Bondareva V.M., Plyasova L.M., Glazneva T.S. Structural, textural, and acid-base properties of layered Mg-Al oxides modified with a tungstate or phosphate and their activity and selectivity in gas-phase glycerol dehydration// Kinetics and Catalysis 56 (2015) 605-616 http://dx.doi.org/10.1134/S0023158415050109
14) Stadnichenko A.I., Koscheev S.V., Boronin A.I. An XPS and TPD study of gold oxide films obtained by exposure to RF-activated oxygen// J. Struct. Chem. 56 (2015) 557-565 http://dx.doi.org/10.1134/S0022476615030245
15) Gulyaev R.V., Osadchii D.Yu., Koscheev S.V., Boronin A.I. Films of the PdxCe1-xO2 solid solution as a model object for the XPS study of the surface chemistry of Pd/CeO2 catalysts// J. Struct. Chem. 56 (2015) 566-575 http://dx.doi.org/10.1134/S0022476615030257
16) Ivanova A.S., Korneeva E.V., Bondareva V.M., Glazneva T.S. Gas-phase dehydration of glycerol over calcined tungsten-modiﬁed Zn–Al–O hydrotalcite-type catalysts //J. Mol. Catal. A: Chemical 408 (2015) 98–106 http://dx.doi.org/10.1016/j.molcata.2015.07.009
17) N.V. Shikina, O.Yu. Podyacheva, V.V. Kosarev and Z.R. Ismagilov. Formation and study of porous alumina and catalytic coatings by the use of cold gas dynamic spraying method, Materials and Manufacturing Processes (2015) http://dx.doi.org/10.1080/10426914.2015.1037902
18) N.K. Eremenko, O.Yu. Podyacheva, Z.R. Ismagilov, I.I. Obraztsova, A.N. Eremenko, L.S. Kibis, D.A. Svintsitskiy. Highly Dispersed Palladium on Carbon Nanofibers for Hydrogenation of Nitrocompounds to Amines// Eurasian Chemico-Technological Journal 17 (2015) 101-103 http://dx.doi.org/10.18321/ectj200
19) L. Piccolo, L. Kibis. The partial hydrogenation of butadiene over Al13Fe4: A surface-science study of reaction and deactivation mechanisms// J. Catal. 332 (2015) 112-118 http://dx.doi.org/10.1016/j.jcat.2015.09.018

Статьи 2014 года

1) A. B. Ayusheev, O. P. Taran, I. A. Seryak, O. Yu. Podyacheva, C. Descorme, M. Besson, L. S. Kibis, A. I. Boronin, A. I. Romanenko, Z. R. Ismagilov, V. Parmon. Ruthenium nanoparticles supported on nitrogen-doped carbon nanofibers for the catalytic wet air oxidation of phenol// Appl. Catal. B 146 (2014) 177–185 http://dx.doi.org/10.1016/j.apcatb.2013.08.043
2) R.V. Gulyaev, E.M. Slavinskaya, S.A. Novopashin, D.V. Smovzh, A.V. Zaikovskii, D.Yu. Osadchii, O.A. Bulavchenko, S.V. Korenev, A.I. Boronin. Highly active PdCeOxcomposite catalysts for low-temperature CO oxidation, prepared by plasma-arc synthesis// Appl. Catal. B 147 (2014) 132– 143 http://dx.doi.org/10.1016/j.apcatb.2013.03.017
3) Podyacheva O.Yu, Stadnichenko A.I., Yashnik S.A., Stonkus O.A., Slavinskaya E.M., Boronin A.I., Puzynin A.V., Ismagilov Z.R. Catalytic and capacity properties of nanocomposites based on cobalt oxide and nitrogen-doped carbon nanofibers// Chin. J. Catal. 35 (2014) 960-969 http://dx.doi.org/10.1016/S1872-2067(14)60099-1
4) Martynova S.A., Filatov E.Y., Korenev S.V., Kuratieva N.V., Sheludyakova L.A., Plusnin P.E., Shubin Y.V., Slavinskaya E.M., Boronin A.I. Low temperature synthesis of Ru-Cu alloy nanoparticles with the compositions in the miscibility gap// J. Sol. St. Chem. 212 (2014) 42-47 http://dx.doi.org/10.1016/j.jssc.2014.01.008
5) Zyryanova M.M., Snytnikov P.V., Gulyaev R.V., Amosov Y.I., Boronin A.I., Sobyanin V.A. Performance of Ni/CeO2 catalysts for selective CO methanation in hydrogen-rich gas// Chem. Eng. J. 238 (2014) 189-197 http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2013.07.034
6) R.V. Gulyaev, T.Yu. Kardash, S.E. Malykhin, O.A. Stonkus, A.S. Ivanova, A.I. Boronin. The local structure of PdxCe1-xO2-x-d solid solutions// Phys.Chem.Chem.Phys. 16 (2014) 13523-13539 http://dx.doi.org/10.1039/c4cp01033g
7) O.A. Stonkus, L.S. Kibis, O.Yu. Podyacheva, E.M. Slavinskaya, V.I. Zaikovskii1, A.H. Hassan, S. Hampel, A. Leonhardt, Z.R. Ismagilov, A.S. Noskov, A.I. Boronin. Palladium Nanoparticles Supported on Nitrogen-Doped Carbon Nanofibers: Synthesis, Microstructure, Catalytic Properties, and Self-Sustained Oscillation Phenomena in Carbon Monoxide Oxidation// ChemCatChem 6 (2014) 2115-2128 http://dx.doi.org/10.1002/cctc.201402108
8) A.A. Vedyagin, A.M. Volodin, V.O. Stoyanovskii, R.M. Kenzhin, E.M. Slavinskaya, I.V. Mishakov, P.E. Plyusnin, Y.V. Shubin. Stabilization of active sites in alloyed Pd–Rh catalysts on y-Al2O3 support// Catal. Today 238 (2014) 80-86 http://dx.doi.org/10.1016/j.cattod.2014.02.056
9) A.S. Ivanova , E.V. Korneeva, E.M. Slavinskaya, D.A. Zyuzin, E.M. Moroz, I.G. Danilova, R.V. Gulyaev, A.I. Boronin, O.A. Stonkus, V.I. Zaikovskii. Role of a Support in the Formation of the Properties of a Pd/Al2O3 Catalyst for the Low-Temperature Oxidation of Carbon Monoxide// Kinetics and Catalysis 55 (2014) 748-762 http://dx.doi.org/10.1134/S002315841406007X
10) D.I. Potemkin, E.Yu. Semitut, Yu.V. Shubin, P.E. Plyusnin, P.V. Snytnikov, E.V. Makotchenko, D.Yu. Osadchii, D.A. Svintsitskiy, S.A. Venyaminov, S.V. Korenev, V.A. Sobyanin. Silica, alumina and ceria supported Au–Cu nanoparticles prepared via the decomposition of [Au(en)2]2[Cu(C2O4)2]3•8H2O single-source precursor: Synthesis, characterization and catalytic performance in CO PROX// Catal. Today 235 (2014) 103-11 http://dx.doi.org/10.1016/j.cattod.2014.04.026
11) G.I. Semushkina, L.N. Mazalov, T.V. Basova, R.V. Gulyaev. An X-ray absorption spectroscopy study of the electronic structure of copper phthalocyanine and its fluorosubstituted analog // J. Structural Chem. 55 (2014) 232-240 http://dx.doi.org/10.1134/S0022476614020061
12) P.A. Petrov, A.V. Virovets, P.E. Plyusnin, E.Yu. Filatov, I.V. El’tsov, Ya.Z. Voloshin, S.N. Konchenko. Ribbed-Monofunctionalized Iron(II) Clathrochelate with tert-Butyl Sulfide Substituents: Synthesis, Structure, and Thermochemical Transformations// Russian J. Inorg. Chem. 59 (2014) 1162-1167 http://dx.doi.org/10.1134/S0036023614100131
13) A.N. Shmakov, O.Yu. Pod’yacheva. Combined diagnostics of the structure of complex oxide materials and metal catalysts by synchrotron X-ray diffraction// J. Structural Chem. 55 (2014) 791-798 http://dx.doi.org/10.1134/S0022476614040313
14) A.I. Gubanov, E.S. Dedova, P.E. Plyusnin, E.Yu. Filatov, T.Yu. Kardash, S.V. Korenev, S.N. Kulkov. Some peculiarities of zirconium tungstate synthesis by thermal decomposition of hydrothermal precursors// Thermochimica Acta 597 (2014) 19-26 http://dx.doi.org/10.1016/j.tca.2014.10.003