Особливості та перспективи розвитку нанокаталізаторів

Abstract

Мета роботи – узагальнити інформацію про особливості будови та властивості нанокаталізаторів, принцип їх дії, ефективність, специфічність, переваги застосування та перспективні напрямки розвитку. Методика – аналіз літературних даних щодо залежності властивостей нанокаталізаторів від їх просторової розмірності, впливу особливостей структури на ефективність нанокаталізу, перспектив розвитку. Нанокаталізатори характеризуються сукупністю специфічних фізичних та хімічних властивостей, які обумовлені суттєвим зростанням їх питомої поверхні внаслідок зменшення розмірів часточок, зміною кристалічної структури та будови електронних рівнів. Механізм дії нанокаталізаторів відрізняється від дії класичних каталізаторів. На ефективність каталізу значно впливає розмір наночастинок та їх взаємодія з носієм. Активні центри нанокаталізаторів мають неоднорідну поверхню та ненасичені валентні зв'язки, які сприяють легкому протіканню електронного або протонного обміну. Широкого застосування набувають нанокомпозитні матеріали на основі нанокластерів металів та модифікованих поліелектролітів, вуглецевих матеріалів, цеолітів, які стабілізують структуру нанооб’єктів та збільшують їх каталітичну активність. Аналіз літературних даних показав, що ефективність дії нанокаталізаторів залежить від просторової розмірності нанооб’єктів, наявності дефектів у їх структурі. Створення композитних наноматеріалів дозволяє стабілізувати наночастинки каталізаторів, зберегти їх унікальні властивості та технологічно модифікувати організацію каталітичних процесів. Нанокаталітичні системи дають можливість реалізовувати хіміко-технологічні процеси з більшою ефективністю, меншими енерговитратами та за вищими екологічними вимогами. Сучасні методи одержання нанокаталізаторів з оптимальними структурними та розмірними характеристиками сприяють підвищенню їх активності, селективності, зниженню собівартості.

Summarize information about the structural features and properties of nanocatalysts, the principle of their action, efficiency, specificity, advantages of application and promising areas of development. Analysis of literature data about the dependence of the nanoobjects catalytic properties on their spatial dimension, the influence of structural features on the nanocatalysis efficiency, development prospects. Nanocatalysts are characterized by a combination of specific physical and chemical properties due to a significant increase in the specific surface due to a particle size decrease, a change in the crystal structure and electronic levels structure. The mechanism of nanocatalysts action differs from classical catalysts action. The efficiency of catalysis is significantly affected by the size of nanoparticles and their interaction with the support. Nanocomposite materials based on metal nanoclusters and modified polyelectrolytes, carbon materials and zeolites, which stabilize the nanoobjects structure and increase their catalytic activity, are widely used. Literature data analysis have shown that the efficiency of nanocatalysts depends on the spatial dimension of nanoobjects and defects in their structure. The creation of composite nanomaterials stabilizes catalyst nanoparticles, preserves their unique properties and technologically modifies the organization of catalytic processes. Nanocatalytic systems make it possible to implement chemical-technological processes with greater efficiency and lower energy consumption in accordance with environmental requirements. Modern methods for obtaining nanocatalysts with optimal structural and dimensional characteristics contribute to an increase in their activity, selectivity and cost reduction.