02.03.2010 Катализатор из пыли и плазмы
Катализаторы, то есть вещества, ускоряющие химические превращения, — основа химических технологий. Для многих процессов, особенно при работе с органическими веществами, лучшими катализаторами оказываются благородные металлы — палладий, платина или рутений. Поэтому перед создателями катализаторов всегда стоит задача экономии этих металлов. Оптимальная схема – взять мелкие частицы носителя и покрыть их монослоем каталитического металла. Добиться монослоя пока что не удается, но с помощью нанотехнологий уже получено покрытие толщиной в десятки атомов.
Для создания нового катализатора ученые из Троицкого института инновационных и термоядерных исследований (ГНЦ ТРИНИТИ) использовали явление пылевой плазмы. Его суть состоит в том, что заряженные пылинки, ограниченные стенками сосуда, образуют облако и левитируют, не прикасаясь друг к другу. Поэтому на них легко нанести покрытие: достаточно распылить в этом сосуде атомы наносимого вещества. Что и было сделано методом магнетронного распыления металлической мишени.
В проведенных экспериментах пылевую плазму создавали из частиц оксида алюминия и диоксида кремния размером 9 и 8,5 мкм соответственно, а распыляли материал, который содержал палладий. В результате на частицах-носителях формировалось покрытие толщиной 10—20 нм. От 5 до 17% его поверхности занято островками палладия диаметром 2—6 нм, общая же концентрация палладия в катализаторе не превышает 0,8 атомных процента. Этот катализатор отлично работал в реакции дегидрирования пропана. Однако сама технология, не имеющая аналогов в мире, позволяет не только получать малые инертные частицы с активным покрытием нанометровой толщины из самых разных веществ, но и делать из них каталитические мембраны с нанометровым размером пор. Использование таких мембран в химическом производстве во многих случаях дает возможность перейти к непрерывным процессам, в которых не теряются драгоценные металлы, уменьшается количество отходов, а потребность в высоких давлениях отпадает. Мембранные катализаторы также хороши для малогабаритных топливных элементов и для окисления выхлопных газов автомобилей. В последнем случае мировой рынок оценивается в 450 млрд. рублей в год.
Работа выполнена при поддержке Роснауки (в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007 - 2012 годы»).
Сергей Викторович Рябчук, пресс-секретарь, Государственная дирекция целевой научно-технической программы, т. (495)642-00-70, доб. 1022, 8(903)217-60-95, ryabchuk1@yandex.ru, fcpir.ru/.
