Синтез и исследование Ru-содержащих катализаторов гидрирования глюкозы на мезоструктурированном углероде

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Разработаны катализаторы гидрирования на основе функционализированного углеродного материала СМК-3 (Carbon Mesostructured by KAIST) и наночастиц рутения. В качестве темплата для синтеза углеродной реплики использован мезоструктурированный силикат SBA-15 с укрупненными каналами внутри стенок. Изучено влияние функционализации углеродного материала путем окисления влажным воздухом, а также сульфированием на морфологию, физико-химические свойства и активность катализатора. Исследованы дисперсность, локализация, электронное состояние нанесенного рутения в зависимости от метода функционализации носителя. Сохранение исходной структуры носителя после осаждения Ru подтверждено комплексом физико-химических методов. Частицы металла распределены по поверхности носителя без агломерации с размерами, соответствующими мезоструктуре, что обеспечивает высокую доступность активных центров. Катализаторы испытаны в процессе гидрирования глюкозы до сорбита. Морфология пор и сохранение первичной структуры углеродных носителей играют важную роль в каталитической активности частиц Ru.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Ю. Н. Зайцева

Институт химии и химической технологии СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: j-n-zaitseva@yandex.ru
Россия, Академгородок, 50/24, Красноярск, 660036

В. В. Сычев

Институт химии и химической технологии СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАН

Email: j-n-zaitseva@yandex.ru
Россия, Академгородок, 50/24, Красноярск, 660036

В. В. Сычев

Институт химии и химической технологии СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАН; Сибирский федеральный университет

Email: j-n-zaitseva@yandex.ru
Россия, Академгородок, 50/24, Красноярск, 660036; пр-т Свободный, 79, Красноярск, 660041

В. А. Голубков

Институт химии и химической технологии СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАН

Email: j-n-zaitseva@yandex.ru
Россия, Академгородок, 50/24, Красноярск, 660036

С. А. Новикова

Институт химии и химической технологии СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАН

Email: j-n-zaitseva@yandex.ru
Россия, Академгородок, 50/24, Красноярск, 660036

О. П. Таран

Институт химии и химической технологии СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАН; Сибирский федеральный университет

Email: j-n-zaitseva@yandex.ru
Россия, Академгородок, 50/24, Красноярск, 660036; пр-т Свободный, 79, Красноярск, 660041

С. Д. Кирик

Институт химии и химической технологии СО РАН, ФИЦ КНЦ СО РАН; Сибирский федеральный университет

Email: j-n-zaitseva@yandex.ru
Россия, Академгородок, 50/24, Красноярск, 660036; пр-т Свободный, 79, Красноярск, 660041

Список литературы

  1. Demirbas A. // Energy Convers. Manage. 2009. V. 50. № 9. P. 2239. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2009.05.010
  2. Awosusi A.A., Adebayo T.S., Altuntaş M. et al. // Energy Reports. 2022. V. 8. P. 1979. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.01.022
  3. Banu J.R., Kavitha S., Tyagi V.K. et al. // Fuel. 2021. V. 302. P. 121086. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.121086
  4. Rowell R.M. Handbook of wood chemistry and wood composites. CRC press, 2012. 703 p.
  5. García B., Moreno J., Iglesias J. et al. // Top. Catal. 2019. V. 62. P. 570. https://doi.org/10.1007/s11244-019-01156-3
  6. Akpa B.S., D’Agostino C., Gladden L.F. et al. // J. Catal. 2012. V. 289. P. 30. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jcat.2012.01.011
  7. Maier S., Stass I., Cerdá J.I. et al. // Phys. Rev. Lett. 2014. V. 112. № 12. P. 126101. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.112.126101
  8. Tan J., Cui J., Deng T. et al. // ChemCatChem. 2015. V. 7. № 3. P. 508. https://doi.org/10.1002/cctc.201402834
  9. Ahorsu R., Constanti M., Medina F. // Ind. Eng. Chem. Res. 2021. V. 60. № 51. P. 18612. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.1c02789
  10. Sudarsanam P., Zhong R., Van den Bosch S. et al. // Chem. Soc. Rev. 2018. V. 47. № 22. P. 8349. https://doi.org/10.1039/C8CS00410B
  11. Shrotri A., Kobayashi H., Fukuoka A. // Acc. Chem. Res. 2018. V. 51. № 3. P. 761. https://doi.org/10.1021/acs.accounts.7b00614
  12. Ryoo R., Joo S. H. // Stud. Surf. Sci. Catal. 2004. V. 148. P. 241. https://doi.org/10.1016/S0167-2991(04)80200-3
  13. Liang C., Li Z., Dai S. // Angew. Chem. Int. Ed. 2008. V. 47. № 20. P. 3696. https://doi.org/https://doi.org/10.1002/anie.200702046
  14. Воронова М.И., Суров О.В., Рублева Н.В., Захаров А.Г. // Журн. неорган. химии. 2022. T. 67. № 3. C. 416. https://doi.org/10.31857/S0044457X22030163
  15. Babaei Z., Yazdanpanah Esmaeilabad R., Orash N. et al. // Biomass Conversion and Biorefinery. 2023. V. 13. № 1. P. 61. https://doi.org/10.1007/s13399-020-01072-7
  16. Li L., Zhu Z.H., Lu G.Q. et al. // Carbon. 2007. Т. 45. № 1. Р. 11. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2006.08.017
  17. Koskin A.P., Larichev Y.V., Mishakov I.V. et al. // Microporous Mesoporous Mater. 2020. V. 299. P. 110130. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2020.110130
  18. Аюшеев А.Б., Таран О.П., Афиногенова И.И. и др. // Журн. СФУ. Сер. Химия. 2016. Т. 9. № 3. C. 353. https://doi.org/10.17516/1998-2836-2016-9-3-353-370.
  19. Gao M., Wang L., Yang Y. et al. // ACS Catalysis. 2023. V. 13. № 7. P. 4060. https://doi.org/10.1021/acscatal.2c05894
  20. Verma P., Kuwahara Y., Mori K. et al. // Nanoscale. 2020. V. 12. № 21. P. 11333. https://doi.org/10.1039/D0NR00732C
  21. Grams J., Jankowska A., Goscianska J. // Microporous Mesoporous Mater. 2023. P. 112761. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2023.112761
  22. Zhao D., Huo Q., Feng J. et al. // J. Am. Chem. Soc. 1998. V. 120. № 24. P. 6024. https://doi.org/10.1021/ja974025i
  23. Parfenov V.A., Ponomarenko I.V., Novikova S.A. // Mater. Chem. Phys. 2019. V. 232. P. 193. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2019.04.087
  24. Jun S., Joo S.H., Ryoo R. et al. // J. Am. Chem. Soc. 2000. V. 122. № 43. P. 10712. https://doi.org/10.1021/ja002261e
  25. Taran O.P., Polyanskaya E.M., Ogorodnikova O.L. et al. // Catalysis Industry. 2010. V. 2. № 4. P. 381.
  26. Сычев В.В., Барышников С.В., Иванов И.П. и др. // Журн. СФУ. Сер. Химия. 2021. Т. 14 № 1. С. 5.
  27. Ruiz-Matute A.I., Hernández-Hernández O., Rodríguez-Sánchez S. et al. // J. Chromatogr. B. 2011. V. 879. № 17–18. P. 1226. https://doi.org/10.1016/j.jchromb.2010.11.013
  28. Шабанова Н.А., Саркисов П.Д. Золь-гель технологии. Нанодисперсный кремнезем. М.: Бином, 2012. 328 с.
  29. Yu Y., Zhang Q., Chen X. et al. // Fuel Processing Technology. 2020. V. 197. P. 106195. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2019.106195
  30. Ding Y., Li X., Pan H., Wu P. // Catal. Letters. 2014. V. 44. Р. 268. https://doi.org/10.1007/s10562-013-1137-9
  31. Solovyov L.A., Kirik S.D., Shmakov A.N., Romannikov V.N. // Microporous and Mesoporous Mater. 2001. Т. 44. P. 17. https://doi.org/10.1016/S1387-1811(01)00164-0
  32. Solovyov L.A., Shmakov A.N., Zaikovskii V.I. et al. // Carbon. 2002. V. 40. № 13. P. 2477. https://doi.org/10.1016/S0008-6223(02)00160-4
  33. Li H., Xu T., Wang C. et al. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2004. V. 38. № 1. P. 62.
  34. Полянская Е.М., Таран О.П. // Вестник ТГУ. Сер. Химия. 2017. № 10. C. 6.
  35. Boehm H.-P., Knözinger H. // Catalysis: Science and Technology. Berlin: Springer, 1983. 207 p.
  36. Toebes M.L., van Dillen J.A., de Jong K.P. // J. Mol. Catal. A: Chem. 2001. V. 173. № 1–2. P. 75. https://doi.org/10.1016/s1381-1169(01)00146-7
  37. Taran O., Polyanskaya E., Ogorodnikova O. et al. // Catalysis Industry. 2010. V. 2. № 4. P. 381.
  38. Li X., Guo T., Xia Q. et al. // ACS Sustainable Chem. Eng. 2018. V. 6. № 3. P. 4390. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.8b00012
  39. Morgan D.J. // Surf. Interface Anal. 2015. V. 47. № 11. P. 1072. https://doi.org/10.1002/sia.5852
  40. Wang W., Guo S., Lee I. et al. // Scientific Reports. 2014. V. 4. № 1. P. 1. https://doi.org/10.1038/srep04452
  41. Kerdi F., Rass H.A., Pinel C. et al. // Appl. Catal. A. 2015. Т. 506. Р. 206. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2015.09.002
  42. Komanoya T., Kobayashi H., Hara K. et al. // J. Energy Chem. 2013. V. 22. № 2. Р. 290. https://doi.org/10.1016/S2095-4956(13)60035-2
  43. Pizova H., Malanik M., Smejkal K. et al. // RSC Adv. 2022. V. 12. № 13. Р. 8188. https://doi.org/10.1039/D2RA00441K
  44. Hu J., Ding Y., Zhang H. et al. // RSC Adv. 2016. V. 6. № 4. P. 3235. https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/ra/c5ra24362a/unauth
  45. Ahmed M.J., Hameed B.H. // J. Taiwan Institute Chem. Eng. 2019. V. 96. P. 341. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jtice.2018.11.028
  46. Yin W., Tang Z., Venderboschet R.H. et al. // ACS Catalysis. 2016. V. 6. № 7. P. 4411. https://doi.org/10.1021/acscatal.6b00296
  47. Kobayashi H., Matsuhashi H., Komanoya T. et al. // Chem. Commun. 2011. V. 47. № 8. P. 2366. https://doi.org/10.1039/C0CC04311G

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Приложение
Скачать (235KB)
Метаданные
3. Рис. 1. СЭМ- и ПЭМ-изображения SBA-15 (а), ПЭМ-изображения CMK-3 (б).

Скачать (316KB)
Метаданные
4. Рис. 2. Рентгенограммы SBA-15 и углеродной реплики СМК-3.

Скачать (87KB)
Метаданные
5. Рис. 3. Изотермы адсорбции (а) и распределение мезопор по размерам (б).

Скачать (176KB)
Метаданные
6. Рис. 4. Рентгенограммы образцов в малоугловой области: а – катализаторы с разным содержанием рутения на СМК-3; б – катализаторы, содержащие 2% рутения на СМК-3 с функционализированной поверхностью.

Скачать (216KB)
Метаданные
7. Рис. 5. Изотермы адсорбции (а) и распределение мезопор по размерам (б).

Скачать (231KB)
Метаданные
8. Рис. 6. РФЭ-спектры: а – Ru(3d) + C(1s); б – O(1s).

Скачать (245KB)
Метаданные
9. Рис. 7. РФЭ-спектры катализаторов, содержащих 2 мас. % Ru.

Скачать (244KB)
Метаданные
10. Рис. 8. Микрофотография катализатора 2Ru/CMK-3.

Скачать (265KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024