Найден новый подход к созданию эффективных катализаторов для получения синтез-газа

Ученые из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, Химического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова и Российского государственного университета нефти и газа им. И.М. Губкина разработали оригинальную, экспрессную и эффективную методику получения никелата лантана, который является перспективным материалом для создания катализаторов получения синтез-газа. Работа поддержана Российским научным фондом (грант № 20-13-00138). Результаты работы опубликованы в журнале Applied Organometallic Chemistry.

Сложные оксиды – оксиды, образованные двумя и более металлами – используются в составе самых различных материалов, например, катализаторов, сенсоров, магнитных материалов и адсорбентов. Например, одним из наиболее перспективных направлений исследования никелата лантана (LaNiO₃) является создание на его основе эффективных и дешевых катализаторов углекислотной конверсии метана в синтез-газ (смесь CO+H₂) – важнейший промежуточный продукт промышленного получения водорода, метанола и углеводородов.

Помимо возможности эффективного получения синтез-газа, огромный интерес к процессу углекислотной конверсии метана обусловлен утилизацией углекислого газа и метана – двух наиболее вредоносных парниковых газов. Поэтому дальнейшее развитие методов получения катализаторов на основе никелата лантана является актуальной и важной задачей.

Классический метод получения материалов на основе никелата лантана заключается во взаимодействии соответствующих индивидуальных оксидов лантана и никеля в результате длительного нагрева при температурах порядка 800-900 °С. В связи с этим особое значение приобретает разработка альтернативных, более экспрессных и простых методов получения никелата лантана и материалов на его основе.

Именно такой подход был предложен российскими учеными. В его основе – образование никелата лантана в результате термического разложения координационных соединений, содержащих лантан и никель в заданном соотношении (1:1).

Исследование комментирует старший научный сотрудник Лаборатории магнитных материалов ИОНХ РАН, кандидат химических наук Андрей Гавриков: «Преимущество нашего метода заключается в том, что равномерное распределение ионов лантана и никеля по объему обеспечивается уже на этапе получения координационных соединений. Таким образом, задача получения никелата лантана фактически сводится к тому, чтобы “убрать лишнее”, то есть органические фрагменты комплексов, в процессе их термического разложения. Это, в свою очередь, требует гораздо меньших время- и энергозатрат по сравнению с классическим методом. Так, длительность получения никелата лантана по нашей методике сокращена сразу в несколько раз.

Важным преимуществом предложенного метода, помимо простоты и экспрессности, являются высокие величины удельной поверхности полученных материалов. С учетом высокого, близкого к 100%, содержания никелата лантана, это определяет их высокую каталитическую активность в процессе углекислотной конверсии метана. Так, выходы синтез-газа при использовании новых катализаторов доходят до практически количественных значений (99%), т.е. существенно превышают аналогичные величины, полученные при использовании большинства других катализаторов. Важнейшим преимуществом полученных систем является их низкая стоимость по сравнению с катализаторами, сопоставимыми по эффективности, но содержащими чрезвычайно дорогие благородные металлы (например, родий). Результаты исследования будут использованы для дальнейшего развития подходов к получению эффективных гетерогенных катализаторов получения синтез-газа и других важных процессов.