Ученые из Центра новых химических технологий Института катализа СО РАН (ЦНХТ ИК СО РАН) с помощью метода рентгеновской дифракции детально исследовали слоистые двойные гидроксиды магний-галлия, которые использовали для создания эффективных катализаторов дегидрирования углеводородов. В планах ученых — синтез катализаторов на основе этих структур для дегидрирования высокомолекулярных алканов, процессов гидропереработки возобновляемого растительного сырья и альтернативной энергетики.
Слоистые двойные гидроксиды (LDHs — layered double hydroxides, СДГ — прим. ред.) — пластинчатые неорганические твердые вещества с кристаллической структурой, которые содержат катионы двух- и трехвалентных металлов в слоях. Некоторые СДГ обладают «эффектом памяти»: после прокаливания при высоких температурах в интервале 450–600 °C и последующем опускании в воду эти объекты восстанавливают свою исходную слоистую структуру. Благодаря таким свойствам слоистые двойные гидроксиды могут использоваться в разных приложениях, например, для адсорбции различных веществ из воды.
По словам заместителя директора ЦНХТ ИК СО РАН по научной работе к.х.н. Натальи Леонтьевой, СДГ особенно интересны ученым в качестве носителей металлических катализаторов. Однако для использования их на практике необходимо детально изучить механизм их термического разложения и установить структуру формирующихся оксидов.
В своей работе ученые использовали метод моделирования рентгеновских дифракционных картин для одномерно разупорядоченных кристаллов, а также специальное программное обеспечение, разработанное, в том числе, в Институте катализа СО РАН.
«Мы исследовали слоистые двойные гидроксиды магний-галлия и оксиды на их основе. Наш подход заключался в том, что мы брали кристалл и разбивали на отдельные слои в направлении плотнейшей упаковки, как колоду карт. Затем, предполагая различные модели структур, упаковывали слои, смещая на определенные векторы, и рассчитывали картину рентгеновской дифракции. Далее, сравнивая интенсивности и формы пиков расчетной кривой с экспериментальной, делали заключение о том, подходит предполагаемая модель структуры или нет. В этой работе мы установили, как протекает процесс разложения слоистых двойных гидроксидов, как изменяется их кристаллическая структура, обнаружили, что образуются метастабильные фазы при определенных температурах, разобрались, что представляет собой структура оксида и очень много других структурных аспектов», — рассказала Наталья Леонтьева.
По словам Леонтьевой, новизна работы заключается в том, что для изучения СДГ впервые было применено моделирование дифракционных картин, которое позволило получить новые данные и установить дефектную структуру гидроксидных и оксидных фаз, а также понять, каким образом реализуется «эффект памяти». В конечном итоге это позволило синтезировать новые платиновые катализаторы для дегидрирования пропана — процесса, имеющего большое значение для современной нефтехимии.
«Мы и дальше будем двигаться в направлении создания катализаторов на основе СДГ. В ближайших планах разработка катализаторов для дегидрирования высокомолекулярных алканов, процессов гидропереработки возобновляемого растительного сырья, технологий альтернативной энергетики», — добавила ученый.