На правах рукописи Исаков Динис Ренатович МЕХАНИЗМЫ КАТАЛИТИЧЕСКИХ ПРЕВРАЩЕНИЙ МЕТАНА НА НАНОКЛАСТЕРАХ ПЛАТИНЫ ПО ДАННЫМ КВАНТОВОХИМИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ 02.00.04 - физическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Казань – 2010 Работа выполнена в ГОУ ВПО “Казанский государственный технологический университет” Научный руководитель: доктор химических наук, профессор Храпковский Григорий Менделевич Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор Ившин Виктор Павлович доктор химических наук, профессор Михайлов Олег Васильевич Ведущая организация: Казанский (Приволжский) федеральный университет Защита диссертации состоится “28” декабря 2010 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.080.03 при Казанском государственном технологическом университете (г. Казань, ул. <...> Важной особенностью малых кластеров металлов является немасштабируемый режим – с изменением размера частиц их каталитическая активность существенно изменяется. <...> Один из важнейших катализаторов, используемый в современной химической промышленности – платина, успешно применяется в виде малых частиц – нано- и субнано-кластеров на оксидной подложке давно. <...> Однако лишь недавно современные нанотехнологические методы приготовления хорошо структурированных кластеров платины как на подложке, так и свободных нейтральных кластеров платины и их ионов, предоставили возможность непосредственного изучения их реакций с малыми органическими молекулами. <...> Важное значение приобретает использование квантово-химических методов для изучения строения и каталитической активности кластеров платины с целью интерпретации и дополнения результатов эксперимента. <...> Моделирование кластеров переходных металлов является сейчас интенсивно развивающейся областью теоретических и экспериментальных исследований. <...> Большое внимание уделяется структурной эволюции кластеров, методам поиска <...>
Механизмы_каталитических_превращений_метана_на_нанокластерах_платины_по_данным_квантово-химических_расчетов.pdf
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. В последние годы во многих странах (России,
США, Канаде, Германии, Японии, Китае) проводятся интенсивные экспериментальные
и теоретические исследования по изготовлению и изучению каталитической
активности нанокластеров металлов строго определенного размера. Важной
особенностью малых кластеров металлов является немасштабируемый режим – с
изменением размера частиц их каталитическая активность существенно изменяется.
Один из важнейших катализаторов, используемый в современной химической
промышленности – платина, успешно применяется в виде малых частиц – нано- и
субнано-кластеров на оксидной подложке давно. Однако лишь недавно современные
нанотехнологические методы приготовления хорошо структурированных кластеров
платины как на подложке, так и свободных нейтральных кластеров платины
и их ионов, предоставили возможность непосредственного изучения их реакций с
малыми органическими молекулами. Важное значение приобретает использование
квантово-химических методов для изучения строения и каталитической активности
кластеров платины с целью интерпретации и дополнения результатов эксперимента.
Моделирование кластеров переходных металлов является сейчас интенсивно
развивающейся областью теоретических и экспериментальных исследований.
Большое внимание уделяется структурной эволюции кластеров, методам поиска
наиболее стабильных изомеров кластеров (глобальных минимумов) и механизмам
химических реакций с их участием.
Вместе с тем, не смотря на большое число опубликованных работ, детального
исследования структуры нейтральных, катионных, анионных кластеров платины,
изучения на них механизма дегидрирования метана, а так же реакции образования
этана из двух молекул метана в зависимости от размера, строения кластера
и наличия подложки в рамках одного метода до настоящего времени не проводилось.
Целью
настоящей работы является выявление основных закономерностей
механизмов каталитических превращений метана на нанокластерах платины по
данным квантово-химических расчетов.
В качестве объектов исследования были выбраны кластеры платины Pt2-9,14
различного строения. Модельной реакцией являлся процесс взаимодействия кластеров
платины с молекулой метана, как простейшего представителя углеводородов.
Конкретные
задачи включают в себя:
1. Определение наиболее энергетически выгодных нейтральных, катионных
и анионных кластеров платины различного строения.
2. Изучение влияния адсорбции молекулы водорода на структуру кластеров
платины.
3. Изучение механизмов дегидрирования метана на нейтральных, катионных
и анионных кластерах платины Pt2-5.
4. Исследование механизма конверсии метана в этан на нейтральных кластерах
Pt4, Pt6 (с подложкой Al6O9 и без неё), а так же на кластерах Pt14.
3
Стр.3