| 1.
Установлены корреляции между типом углеродного наноматериала (УНВ,
N-УНВ, МУНТ, N-МУНТ), концентрацией (0.2-2 вес.%), размером, электронным
состоянием нанесенных металлических (Pd и Pt) частиц и активностью
новых катализаторов в реакциях гидрирования нитробензола и ацетилена.
Найдено, что реакция гидрирования нитробензола при атмосферном давлении
протекает с максимальной скоростью и селективностью по анилину на
высокодисперсных металлических частицах палладия размером ~ 1.5 нм,
которые стабилизируются с помощью введения трифенилфосфинового лиганда
или взаимодействия с графитоподобными азотными центрами N-МУНТ.
Максимальное значение скорости реакции при 40оС на 2%Pd/N-МУНТ составляет ~ 10 л H2/г
Pd ·мин при селективности по анилину > 99%, сопоставимо с лучшими
литературными результатами, однако получено при атмосферном давлении,
что является несомненным преимуществом данной работы. В реакции
гидрирования ацетилена, напротив, максимальную селективность в отношении
этилена демонстрируют субнанометровые частицы в ионном состоянии,
стабилизированные пиридиноподобным азотом N-МУНТ или N-УНВ. 2.
Определены способы закрепления частиц на углеродной поверхности в
зависимости от концентрации металла и свойств углеродного наноматериала.
Показано, что в случае N-МУНТ в закреплении участвуют графитоподобный и
пиридиноподобный азот, имеющие различную реакционную способность. С
помощью варьирования содержания металла впервые показано, что
закрепление частиц N-МУНТ происходит сначала на пиридиноподобных, а
затем на графитоподобных центрах. Предположено, что в случае
использования N-УНВ во взаимодействии с металлом участвует только
пиридиноподобный азот. 3.
На основании физико-химических методов исследования предложены модели
закрепления металлических частиц на поверхности N-МУНТ с участием
графитоподобного азота и пиридиноподобного азота, находящегося в
графитовом слое рядом с углеродной вакансией или на краях графитовых
плоскостей, а N-УНВ – только пиридиноподобного азота на торцах
множественных графитовых плоскостей или пиридиноподобного азота в
графитовом слое рядом с углеродной вакансией на концах слоев. 4.
Комплексом физико-химических методов (РФЭС, ПЭМ, хемосорбция СО,
элементный анализ и др.) и в зависимости от типа реакционного
воздействия исследован состав поверхности, зарядовое состояние,
дисперсность и локализация активного компонента, количество
функциональных групп, а также морфология и текстура катализаторов на
основе исходных и модифицированных углеродных наноматериалов. 5.
Выполнен полный цикл физико-химических исследований, исходных и
модифицированных азотом углеродных материалов, используемых в качестве
электродов для электрохимических испытаний с целью установления
взаимосвязи между структурой и составом поверхности УНМ и
вольт-амперными характеристиками. 6.
Проведено детальное физико-химическое исследование образцов в
каталитических и электрохимических испытаниях. Установлены факторы,
оказывающие наибольшее влияние на свойства исходных и модифицированных
углеродных наноматериалов. 7.
Впервые разработан метод получения графенового порошка на поверхности
оксида магния из бутадиена-1,3 при температуре 600 °С. Отработаны
различные временные режимы в интервале от 15 мин до 180 мин. Показано,
что максимальные значения удельной поверхности графена достигаются при
времени зауглероживания 60 мин (1800 м2/г) и 40 мин (1900 м2/г).
Полученный графен имеет 1-3 слоя. Полученные результаты сопоставимы или
превышают результаты ведущих мировых исследовательских групп: 1)
Xiaolin Li et al. / Highly conducting graphene sheets and
Langmuir–Blodgett films // Nature Nanotech (2008). V. 3.
P. 538–542. 2) Yenny Hernandez et al. / High-yield production of
graphene by liquid-phase exfoliation of graphite // Nature Nanotech
(2008). V. 3. P. 563–568. 3) Jannik C. Meyer et al. Direct Imaging of
Lattice Atoms and Topological Defects in Graphene Membranes // NanoLetters (2008), doi: 10.1021/nl801386m. 4) Andre K. Geim, Philip Kim. Carbon Wonderland // Scientific American (2008). No. 4. P. 90–97. 5) J. Scott Bunch et al. / Impermeable Atomic Membranes from Graphene Sheets // NanoLetters. V. 8. No. 8. P. 2458–2462 (2008). 8.
Исследована возможность применения полученного графенового порошка в
качестве электродов в суперконденсаторах. Установлено, что для
полученного графена С(G) емкость
электродов на их основе сильно изменяется в зависимости от времени их
синтеза. Изменение емкости коррелирует с изменением удельной поверхности
синтезированного графенового порошка. Впервые получены высокие значения
емкости для электродов на основе графен С(G):
свыше 315 Ф/г при скорости сканирования 40 мВ/с и 390 Ф/г при низкой
скорости сканирования (10 мВ/с). Полученные значения емкости на уровне
аналогичных мировых разработок [Н.Yang et al. Journal of Power Sources
284 (2015) 146-153]. 9.
Установлено влияние модификации графенового порошка атомами азота на
емкость электродов в суперконденсаторах. Допирование графена азотом не
оказала заметного влияния на удельную емкость электродов. Для
допированных азотом образцов наиболее высокую емкость (342 Ф/г) имеет
образец, полученный в течение 60 мин при 650°С. Далее, как с увеличением
времени синтеза, так и с увеличением температуры реакции, емкость
снижается. 10.
Разработана методики исследования углеродных наноматериалов методом
динамического рассеяния света и подбраны условия эффективного
диспергирования N-УНВ с использованием ультразвуковой обработки для
получения равномерного распределения N-УНВ в жидкости. 11.
Получены результаты определения размера частиц и дзета-потенциала
систем, установлена их связь с условиями их синтеза и модификации. Установлен
размер нановолокон: 96 нм в случае N-УНВ (1,8%) и 102 нм для N-УНВ
(6,3%), что соответствует размеру пучка, состоящему из 3-5 волокон
(диаметром 20 нм), что согласуется с данными, полученными методом ПЭМ.
Количество азота, допированного в УНВ, не оказывает значительного
влияния на размер пучков волокон. 12.
Определен элементный состав (элементы С, Н, N, S) исходных и
модифицированных углеродных наноматериалов и отмечено заниженное, по
сравнению с данными, полученными методом РФЭС, содержание азота. Это
объясняется его локализацией в виде поверхностных соединений,
образующихся при обработке катализатора аммиаком. | 
