RU2394849C1 - Metal-carbon nanocomposite and method of preparing said composite - Google Patents

Metal-carbon nanocomposite and method of preparing said composite Download PDF

Info

Publication number
RU2394849C1
RU2394849C1 RU2008142256/04A RU2008142256A RU2394849C1 RU 2394849 C1 RU2394849 C1 RU 2394849C1 RU 2008142256/04 A RU2008142256/04 A RU 2008142256/04A RU 2008142256 A RU2008142256 A RU 2008142256A RU 2394849 C1 RU2394849 C1 RU 2394849C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
metal
carbon
solution
temperature
dmf
Prior art date
Application number
RU2008142256/04A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008142256A (en
Inventor
Маргарита Мееровна Ермилова (RU)
Маргарита Мееровна Ермилова
Михаил Николаевич Ефимов (RU)
Михаил Николаевич Ефимов
Лев Михайлович Земцов (RU)
Лев Михайлович Земцов
Галина Петровна Карпачева (RU)
Галина Петровна Карпачева
Дмитрий Геннадьевич Муратов (RU)
Дмитрий Геннадьевич Муратов
Наталья Всеволодовна Орехова (RU)
Наталья Всеволодовна Орехова
Геннадий Федорович Терещенко (RU)
Геннадий Федорович Терещенко
Original Assignee
Учреждение Российской Академии Наук Ордена Трудового Красного Знамени Институт Нефтехимического Синтеза Им. А.В. Топчиева Ран (Инхс Ран)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение Российской Академии Наук Ордена Трудового Красного Знамени Институт Нефтехимического Синтеза Им. А.В. Топчиева Ран (Инхс Ран) filed Critical Учреждение Российской Академии Наук Ордена Трудового Красного Знамени Институт Нефтехимического Синтеза Им. А.В. Топчиева Ран (Инхс Ран)
Priority to RU2008142256/04A priority Critical patent/RU2394849C1/en
Publication of RU2008142256A publication Critical patent/RU2008142256A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2394849C1 publication Critical patent/RU2394849C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to technology of making nanostructured metal-carbon composite materials and can be used in heterogeneous and electrocatalysis. The metal-carbon nanocomposite contains metallic nanoparticles of alloys of Pt with a metal selected from Ru, Re, Rh, uniformly dispersed in the carbon matrix structure. The matrix is made from polyacrylonitrole which is pyrolysed through exposure to infrared light with intensity which corresponds to temperature of 650-1100°C. Total amount of metal equals 0.1-20% of the mass of the composite. The method of making a metal-carbon composite is based on reducing the said metals from solutions of their salts. A combined solution of metal salts, one of which is platinum and the other is either Ru or Re or Rh in an amide or sulfoxide solvent is added to polyacrylonitrile solution in the same solvent and undergoes pyrolysis while exposed to infrared light with intensity which corresponds to temperature of 650-1100°C.
EFFECT: obtained metal-carbon nanocomposites are active in a range of catalytic chemical conversions and can be used as heterogeneous catalysts, eg in dehydration of hydrocarbons and particularly dehydration of cyclohexane.
3 cl, 3 dwg, 11 ex, 3 tbl

Description

Изобретение относится к области создания новых наноструктурированных металл-углеродных композитных материалов на основе ИК-пиролизованного полиакрилонитрила и наночастиц сплавов Pt с металлами из ряда Ru, Re, Rh и может быть использовано в гетерогенном и электрокатализе.The invention relates to the field of creating new nanostructured metal-carbon composite materials based on IR pyrolyzed polyacrylonitrile and nanoparticles of Pt alloys with metals from the series Ru, Re, Rh and can be used in heterogeneous and electrocatalysis.

В последние годы сильно возрос интерес к созданию наноструктурированных металл-углеродных материалов, благодаря возможности их использования в зависимости от природы металла в системах записи информации, магнитно-резонансной томографии, в топливных элементах, в гетерогенном и электрокатализе и т.д.In recent years, interest in creating nanostructured metal-carbon materials has greatly increased, due to the possibility of their use depending on the nature of the metal in information recording systems, magnetic resonance imaging, in fuel cells, in heterogeneous and electrocatalysis, etc.

Разработка методов получения наноматериалов с заданными свойствами является одной из приоритетных задач современного материаловедения. Физические свойства нанодисперсных систем существенным образом отличаются от свойств массивных образцов из тех же материалов. По мере уменьшения размеров частиц растет отношение общей площади поверхности частиц к их суммарному объему. Все это приводит к принципиальным отличиям свойств мелкодисперсных систем от свойств массивных образцов.The development of methods for producing nanomaterials with desired properties is one of the priority tasks of modern materials science. The physical properties of nanodispersed systems differ significantly from the properties of bulk samples of the same materials. As the particle size decreases, the ratio of the total surface area of the particles to their total volume increases. All this leads to fundamental differences in the properties of finely dispersed systems from the properties of bulk samples.

В настоящее время известны попытки получения диспергированных в углеродной матрице наночастиц сплавов, содержащих металлы платиновой группы.At present, attempts are known to produce alloys containing platinum group metals dispersed in a carbon matrix of nanoparticles.

Так, например, известен сплав Au-Co в матрице пиролизованного полиакрилонитрила, для получения которого на углеродную подложку в высоком вакууме (~10-5 Torr) осаждают вначале слой полиакрилонитрила толщиной 50 нм, затем на него осаждают одновременно Au и Со, после чего покрывают еще одним слоем ПАН толщиной 50 нм. Полученную композицию термолизуют при температуре 473-873 К. При соотношении Au:Со=1:1 суммарная концентрация металлов составляет 5% масс.[1].For example, an Au-Co alloy is known in a pyrolyzed polyacrylonitrile matrix, to obtain which a layer of polyacrylonitrile 50 nm thick is first deposited on a carbon substrate in high vacuum (~ 10 -5 Torr), then Au and Co are deposited on it simultaneously, and then coated another PAN layer 50 nm thick. The resulting composition is thermolysed at a temperature of 473-873 K. At a ratio of Au: Co = 1: 1, the total concentration of metals is 5% by mass [1].

Недостатками описанного способа является сложная процедура получения сплава с использованием дорогостоящей техники высокого вакуума, а также невозможность равномерного распределения наночастиц металлов на поверхности слоя полиакрилонитрила, что может привести к частичному агрегированию металлических наночастиц.The disadvantages of the described method is the complicated procedure for producing the alloy using an expensive high vacuum technique, as well as the impossibility of uniform distribution of metal nanoparticles on the surface of the polyacrylonitrile layer, which can lead to partial aggregation of metal nanoparticles.

Известен нанокомпозит, представляющий собой углеродную матрицу с наночастицами сплава Fe-Rt [2]. Способ его получения включает приготовление прекурсора путем растворения свежеполученного полифенилкарбина и нитратов железа и платины в ТГФ, ультразвукового перемешивания (частота 20 Гц), нанесения раствора на поверхность монокристалла кремния (100), удаление растворителя при 60°С, пиролиз при 800°С в течение 2 час в атмосфере 10% Н2 и 90% Ar. Объемное соотношение Fe:Pt:C=1:1:8 в прекурсоре. Размер частиц Fe-Pt в полученном нанокомпозите d=5-20 нм.Known nanocomposite, which is a carbon matrix with nanoparticles of Fe-Rt alloy [2]. The method for its preparation involves the preparation of a precursor by dissolving the freshly obtained polyphenylcarbin and iron and platinum nitrates in THF, ultrasonic mixing (frequency 20 Hz), applying the solution to the surface of a silicon single crystal (100), removing the solvent at 60 ° С, pyrolysis at 800 ° С for 2 hours in an atmosphere of 10% H 2 and 90% Ar. The volumetric ratio of Fe: Pt: C = 1: 1: 8 in the precursor. The particle size of Fe-Pt in the resulting nanocomposite is d = 5-20 nm.

Недостатком предложенного способа получения металл-углеродного нанокомпозита является сложный синтез полифенилкарбина путем восстановления трихлорфенилметана (С6Н5)CCl3 в эмульсии Na-K сплава в эфирном растворителе при ультразвуковом перемешивании. Кроме того, полученные нанокомпозиты не могут быть использованы в качестве гетерогенных катализаторов в силу низкой каталитической поверхности, которую может обеспечить пленка.The disadvantage of the proposed method for producing a metal-carbon nanocomposite is the complex synthesis of polyphenylcarbin by reducing trichlorophenylmethane (C 6 H 5 ) CCl 3 in an Na-K alloy emulsion in an ether solvent with ultrasonic stirring. In addition, the obtained nanocomposites cannot be used as heterogeneous catalysts due to the low catalytic surface that the film can provide.

Попытки получить металл-углеродные нанокомпозиты на основе углеродных нанотрубок и биметаллических наночастиц Pt-Ru предпринимались в работе [3]. Алюминиевую мембрану с диаметром пор 200 нм помещают в водный раствор пиррола (с=0,1 М), содержащий 0,2 М PeCl3·6H2O, медленно добавляют толуолсульфокислоту и проводят полимеризацию в течение 3 час. Полученный на мембране полипиррол карбонизуют в кварцевой лодочке при Т=950°С в течение 5 час в атмосфере аргона. Образующийся в результате карбонизации углерод/алюминиевый (С/Al) композит (содержание Н<1%, N<2%) помещают в водный раствор, содержащий 37 мМ H2PtCl6 и 73 мМ RuCl3 на 5 час, сушат при комнатной температуре и прогревают в токе Н2 при Т=550°С в течение 3 час. Затем в 48% HF в течение 24 час растворяют алюминий. В результате получают углеродные нанотрубки с внешним диаметром 200 нм, наполненные наночастицами Pt-Ru. По данным просвечивающей электронной микроскопии наночастицы Pt-Ru высокодисперсно распределены внутри углеродных нанотрубок и имеют средний размер 1.6 нм. Данные рентгенофотоэлектронной спектроскопии подтверждают существование наночастиц Pt (пики 4f 7/2 при 71/4 eV и 4f 5/2 при 74.4 eV) и Ru (двойной пик при 280.6 eV и 284.8 eV) в нульвалентном состоянииAttempts to obtain metal-carbon nanocomposites based on carbon nanotubes and Pt-Ru bimetallic nanoparticles were made in [3]. An aluminum membrane with a pore diameter of 200 nm was placed in an aqueous pyrrole solution (c = 0.1 M) containing 0.2 M PeCl 3 · 6H 2 O, toluene sulfonic acid was slowly added and polymerization was carried out for 3 hours. The polypyrrole obtained on the membrane is carbonized in a quartz boat at T = 950 ° C for 5 hours in an argon atmosphere. The carbon / aluminum (C / Al) composite resulting from carbonization (H <1%, N <2%) is placed in an aqueous solution containing 37 mM H 2 PtCl 6 and 73 mM RuCl 3 for 5 hours, dried at room temperature and heated in a stream of H 2 at T = 550 ° C for 3 hours. Then, aluminum is dissolved in 48% HF within 24 hours. The result is carbon nanotubes with an outer diameter of 200 nm, filled with Pt-Ru nanoparticles. According to transmission electron microscopy, Pt-Ru nanoparticles are finely dispersed inside carbon nanotubes and have an average size of 1.6 nm. X-ray photoelectron spectroscopy confirms the existence of Pt nanoparticles (peaks 4f 7/2 at 71/4 eV and 4f 5/2 at 74.4 eV) and Ru (double peak at 280.6 eV and 284.8 eV) in the zero state

Недостатком предложенного метода является то, что металлические наночастицы Pt и Ru, нанесенные на углеродные нанотрубки, не образуют сплава, а существуют отдельно друг от друга как независимые наночастицы. Кроме того, предлагается сложный способ получения углеродной матрицы в виде углеродных нанотрубок.The disadvantage of the proposed method is that the Pt and Ru metal nanoparticles deposited on carbon nanotubes do not form an alloy, but exist separately from each other as independent nanoparticles. In addition, a complex method for producing a carbon matrix in the form of carbon nanotubes is proposed.

При использовании окисленных многостенных углеродных нанотрубок получены нанокомпозиты, содержащие наночастицы сплавов Pt-Ru [4]. Нанотрубки (d=20-40 нм) промывали азотной кислотой (65-68% масс.) и окисляли в водном растворе Н2О2 (с=4 М и 8 М). Для получения нанокомпозитов используют этиленгликоль (способ 1) или водный раствор формальдегида (способ 2). По способу 1 этиленгликоль смешивают с окисленными нанотрубками и подвергают ультразвуковому перемешиванию в течение 4 час. В это время добавляют растворы в этиленгликоле H2PtCl6, (37% масс.) и RuCl3 (40% масс.). Добавлением 2,5 М раствора NaOH в этиленгликоле доводят рН среды до 10. Суспензию кипятят с обратным холодильником при 413 К в течение 3 час в атмосфере азота высокой чистоты. Реакционную смесь отфильтровывают, осадок промывают деионизованной водой, сушат в вакууме при 353 К в течение 12 час.Using oxidized multi-walled carbon nanotubes, nanocomposites containing nanoparticles of Pt-Ru alloys were obtained [4]. Nanotubes (d = 20-40 nm) were washed with nitric acid (65-68% by weight) and oxidized in an aqueous solution of H 2 O 2 (c = 4 M and 8 M). To obtain nanocomposites, ethylene glycol (method 1) or an aqueous solution of formaldehyde (method 2) are used. According to method 1, ethylene glycol is mixed with oxidized nanotubes and subjected to ultrasonic stirring for 4 hours. At this time, solutions in ethylene glycol H 2 PtCl 6 , (37% wt.) And RuCl 3 (40% wt.) Are added. By adding a 2.5 M solution of NaOH in ethylene glycol, the pH of the medium is adjusted to 10. The suspension is refluxed at 413 K for 3 hours under high purity nitrogen atmosphere. The reaction mixture was filtered, the precipitate was washed with deionized water, dried in vacuum at 353 K for 12 hours.

По способу 2 смешивают растворы в деионизованной воде H2PtCl6 (37% масс.) и RuCl3 (40% масс.). При добавлении раствора 2,5 М NaOH в воде pH>10. Суспензию энергично перемешивают в ультразвуковом поле в течение 4 час. Затем добавляют 37-40% масс. формальдегида и греют при 353 К 1 час в токе чистого азота при постоянном перемешивании. Отфильтрованный осадок промывают избытком деионизованной воды и сушат в вакууме при 353 К в течение 12 час.According to method 2, the solutions in deionized water H 2 PtCl 6 (37% wt.) And RuCl 3 (40% wt.) Are mixed. When adding a solution of 2.5 M NaOH in water, pH> 10. The suspension is vigorously stirred in an ultrasonic field for 4 hours. Then add 37-40% of the mass. formaldehyde and heated at 353 K for 1 hour in a stream of pure nitrogen with constant stirring. The filtered precipitate was washed with excess deionized water and dried in vacuo at 353 K for 12 hours.

Средний размер металлических частиц, полученных по способу 1, d=2,9 нм, по способу 2, - d=2,2 нм.The average size of metal particles obtained by method 1, d = 2.9 nm, by method 2, d = 2.2 nm.

По отсутствию на рентгенограммах пиков отражения металлического Ru сделано заключение о том, что биметаллические частицы Pt-Ru скорее представляют собой твердый раствор Ru в Pt, чем механическую смесь частиц Pt и Ru.Based on the absence of reflection peaks of metallic Ru in the X-ray diffraction patterns, it was concluded that the bimetallic Pt-Ru particles are more likely a solid solution of Ru in Pt than a mechanical mixture of Pt and Ru particles.

Недостатками предложенного способа является то, что в качестве углеродного носителя используются дорогостоящие углеродные нанотрубки. Кроме того, для создания восстановительной среды используют этиленгликоль или водный раствор формальдегида с добавлением 2,5 М NaOH для получения рН 10.The disadvantages of the proposed method is that as a carbon carrier, expensive carbon nanotubes are used. In addition, to create a reducing medium, ethylene glycol or an aqueous solution of formaldehyde with the addition of 2.5 M NaOH is used to obtain a pH of 10.

Недостатком описанных выше способов получения структурированных металл-углеродных нанокомпозитов является то обстоятельство, что существующие методы их получения требуют сложного аппаратурного оформления, включая технику высокого вакуума, и, как следствие, являются дорогостоящими.The disadvantage of the above methods for producing structured metal-carbon nanocomposites is the fact that existing methods for their preparation require complex hardware design, including high vacuum technology, and, as a result, are expensive.

Данных о получении металл-углеродных нанокомпозитов, включающих наночастицы сплавов Pt-Re и Pt-Rh, в патентной и научной литературе нет.There are no data on the preparation of metal-carbon nanocomposites, including nanoparticles of Pt-Re and Pt-Rh alloys, in the patent and scientific literature.

В связи с этим создание простого и эффективного способа получения металл-углеродных нанокомпозитов является весьма актуальной задачей.In this regard, the creation of a simple and effective method for producing metal-carbon nanocomposites is a very urgent task.

Задача предлагаемого изобретения заключается в создании металл-углеродного нанокомпозита, в котором наночастицы Pt и металов Ru, Re, Rh образуют сплав, и разработке простого и эффективного способа его получения.The objective of the invention is to create a metal-carbon nanocomposite, in which nanoparticles of Pt and metals Ru, Re, Rh form an alloy, and the development of a simple and effective method for its preparation.

Сплавообразование приводит к возникновению новых свойств, которые не характерны для монометаллического композита и позволяет, например, улучшить каталитические свойства композитов.Alloying leads to the emergence of new properties that are not characteristic of a monometallic composite and can, for example, improve the catalytic properties of composites.

Поставленная задача решается тем, что предложен металл-углеродный нанокомпозит, содержащий металлические наночастицы, равномерно диспергированные в структуре углеродной матрицы, который в качестве углеродной матрицы содержит полиакрилонитрил, пиролизованный при облучении инфракрасным светом с интенсивностью, соответствующей температуре 650-1100°С, а в качестве металлических наночастиц композит содержит наночастицы биметаллического сплава, в котором один из металлов платина, а другой - или Ru, или Re, или Rh, в суммарном количестве по металлам равном 0,1-20% масс. по отношению к массе композита.The problem is solved by the fact that the proposed metal-carbon nanocomposite containing metal nanoparticles uniformly dispersed in the structure of the carbon matrix, which as a carbon matrix contains polyacrylonitrile, pyrolyzed by irradiation with infrared light with an intensity corresponding to a temperature of 650-1100 ° C, and as metal nanoparticles, the composite contains bimetallic alloy nanoparticles, in which one of the metals is platinum, and the other is either Ru, or Re, or Rh, in total s equal to 0.1-20% by weight. in relation to the mass of the composite.

Образование твердых растворов легирующего компонента или Ru, или Re, или Rh в Pt подтверждено данными рентгенофазового и рентгеноструктурного анализа по смещению пиков отражения Pt в область больших углов, отсутствию пиков отражения Ru, увеличению уровня фона (фиг.1, 2) и уменьшению параметра решетки по сравнению с наночастицами Pt (а=3,923 Å). Наночастицы сплавов Pt-Ru, Pt-Re, Pt-Rh имеют гранецентрированную кубическую кристаллическую решетку с параметром а=3,872-3,890 Å для Pt-Ru, а=3,886-3,899 Å для Pt-Re и а=3,873 Å для Pt-Rh.The formation of solid solutions of the doping component or Ru, or Re, or Rh in Pt is confirmed by the data of X-ray phase and X-ray diffraction analysis for the shift of Pt reflection peaks to the region of large angles, the absence of Ru reflection peaks, an increase in the background level (Figs. 1, 2) and a decrease in the lattice parameter compared with Pt nanoparticles ( a = 3.923 Å). Nanoparticles of Pt-Ru, Pt-Re, Pt-Rh alloys have a face-centered cubic crystal lattice with the parameter a = 3.872-3.890 Å for Pt-Ru, a = 3.8886-3.899 Å for Pt-Re and a = 3.873 Å for Pt-Rh .

Рентгенофазовые и рентгеноструктурные исследования проводят при комнатной температуре на рентгеновском дифрактометре фирмы " Rigaku" с фокусировкой по Брегу-Брентано на FeKα-излучении в непрерывном режиме.X-ray phase and X-ray diffraction studies were carried out at room temperature on a Rigaku X-ray diffractometer with Breg-Brentano focusing on FeK α radiation in a continuous mode.

По данным просвечивающей электронной микроскопии средние размеры металлических наночастиц 6-8 нм. Микрофотографии получают на просвечивающем электронном микроскопе ЕМ-301 фирмы "Philips" с ускоряющим напряжением 60-80 кВ.According to transmission electron microscopy, the average size of metal nanoparticles is 6-8 nm. Microphotographs are obtained on an EM-301 transmission electron microscope from Philips with an accelerating voltage of 60-80 kV.

Для решения поставленной задачи предложен также способ получения металл-углеродного нанокомпозита путем восстановления металлов, выбранных из ряда Pt, Ru, Re, Rh, из растворов их солей, в котором совместный раствор солей металлов один из которых платина, а другой или Ru, или Re, или Rh, в амидных или сульфоксидных растворителях вводят в раствор полиакрилонитрила в амидных или сульфоксидных растворителях и подвергают пиролизу при облучении инфракрасным светом с интенсивностью, соответствующей температуре 650-1100°С, причем в качестве амидного растворителя используют диметилформамид или диметиацетамид, а в качестве сульфоксидного растворителя используют диметилсульфоксид.To solve this problem, a method for producing a metal-carbon nanocomposite by reducing metals selected from the series of Pt, Ru, Re, Rh, from solutions of their salts, in which a joint solution of metal salts, one of which is platinum and the other either Ru or Re , or Rh, in amide or sulfoxide solvents are introduced into a solution of polyacrylonitrile in amide or sulfoxide solvents and pyrolyzed by irradiation with infrared light with an intensity corresponding to a temperature of 650-1100 ° C, and as an amide solution erator use dimethylformamide or dimethylacetamide, and dimethyl sulfoxide is used as solvent.

Авторам предлагаемого изобретения впервые удалось получить металл-углеродный нанокомпозит, в котором наноразмерные частицы сплавов Pt-Ru, Pt-Re или Pt-Rh тонкодисперсно и равномерно распределяются в структуре углеродного носителя непосредственно в процессе приготовления нанокомпозита.The authors of the present invention for the first time managed to obtain a metal-carbon nanocomposite, in which nanosized particles of Pt-Ru, Pt-Re or Pt-Rh alloys are finely dispersed and uniformly distributed in the structure of the carbon carrier directly during the preparation of the nanocomposite.

Предложенный способ позволяет получать сплавы Pt-Ru, Pt-Re, Pt-Rh в структуре углеродного носителя, роль которого выполняет ИК-пиролизованный полиакрилонитрил, непосредственно в процессе формирования последнего, обеспечивая достаточную концентрацию и тонко дисперсное распределение наночастиц сплавов.The proposed method allows to obtain Pt-Ru, Pt-Re, Pt-Rh alloys in the structure of a carbon carrier, the role of which is played by IR-pyrolyzed polyacrylonitrile, directly in the process of formation of the latter, providing a sufficient concentration and finely dispersed distribution of alloy nanoparticles.

Предлагаемый способ получения металл-углеродных нанокомпозитов, содержащих наночастицы сплавов Pt-Ru, Pt-Re, Pt-Rh в углеродной матрице, включает стадии:The proposed method for producing metal-carbon nanocomposites containing nanoparticles of Pt-Ru, Pt-Re, Pt-Rh alloys in a carbon matrix includes the steps of:

- приготовление раствора полиакрилонитрила (М=1.105) в амидных или сульфоксидных растворителях (с=1-10% масс.);- preparation of a solution of polyacrylonitrile (M = 1.10 5 ) in amide or sulfoxide solvents (c = 1-10% wt.);

- приготовление совместного раствора PtCl4 и RuCl3 или NH4ReO4, или RhCl3 в амидных или сульфоксидных растворителях, суммарная концентрация металлов с=5% масс., соотношение Pt:Ru (Re, Rh)=9:1;- preparation of a joint solution of PtCl 4 and RuCl 3 or NH 4 ReO 4 , or RhCl 3 in amide or sulfoxide solvents, the total concentration of metals with = 5 wt.%, the ratio of Pt: Ru (Re, Rh) = 9: 1;

- смешивание приготовленных растворов в соотношении C:(Pt+Ru (Re, Rh))=100:1-5:1;- mixing the prepared solutions in the ratio C: (Pt + Ru (Re, Rh)) = 100: 1-5: 1;

- выдерживание в термошкафу при Т=90°С для удаления растворителя;- keeping in the oven at Т = 90 ° С to remove the solvent;

- отжиг в ИК-камере лабораторной установки ИК-пиролиза в двухстадийном режиме:- annealing in an infrared chamber of a laboratory setup for infrared pyrolysis in a two-stage mode:

- предварительный отжиг на воздухе последовательно при 150 и 200°С в течение 15 мин при каждой температуре, в результате которого происходит полное удаление растворителя и предварительное структурирование полиакрилонитрила с образованием системы сопряженных C=N связей;- preliminary annealing in air sequentially at 150 and 200 ° C for 15 min at each temperature, as a result of which complete removal of the solvent and preliminary structuring of polyacrylonitrile with the formation of a system of conjugated C = N bonds;

- основной отжиг в инертной атмосфере при Т=650-1100°С в течение t=10-120 с, во время которого происходит карбонизация полиакрилонитрила;- basic annealing in an inert atmosphere at T = 650-1100 ° C for t = 10-120 s, during which carbonization of polyacrylonitrile occurs;

- охлаждение до комнатной температуры.- cooling to room temperature.

ИК-отжиг проводят в ИК-камере лабораторной установки. Источником ИК-излучения служат галогенные лампы КГ-220, установленные по наружной поверхности цилиндрического кварцевого реактора, в который помещен образец в графитовой кассете. Для обеспечения равномерного нагрева образца внутренняя поверхность камеры выполнена из нержавеющей стали.IR annealing is carried out in an infrared camera of a laboratory setup. The source of infrared radiation is KG-220 halogen lamps mounted on the outer surface of a cylindrical quartz reactor, in which a sample is placed in a graphite cassette. To ensure uniform heating of the sample, the inner surface of the chamber is made of stainless steel.

Интенсивность ИК-излучения контролируют по температуре нагрева образца, измеряемой с помощью термопары хромель-копель, размещенной непосредственно под образцом. Блок управления обеспечивает подъем и снижение интенсивности ИК-излучения по заданной программе. Точность регулировки температуры составляет 0,25°С.The intensity of infrared radiation is controlled by the heating temperature of the sample, measured using a chromel-kopel thermocouple located directly below the sample. The control unit provides a rise and decrease in the intensity of infrared radiation according to a given program. The accuracy of temperature control is 0.25 ° C.

Во время основного отжига происходит структурирование полиакрилонитрила с образованием графитоподобной структуры, схема образования которой представлена на фиг.3, восстановление металлов с участием водорода, выделяющегося при деструкции полимерной цепи полиакрилонитрила, и образование твердых растворов (сплавов) Pt-Ru, Pt-Re, Pt-Rh.During the main annealing, the polyacrylonitrile is structured with the formation of a graphite-like structure, the formation scheme of which is shown in Fig. 3, the reduction of metals with the participation of hydrogen released during the destruction of the polyacrylonitrile polymer chain, and the formation of solid solutions (alloys) Pt-Ru, Pt-Re, Pt -Rh.

Предложенный способ получения металл-углеродных нанокомпозитов, включающих наночастицы сплавов Pt-Ru, Pt-Re, Pt-Rh, имеет следующие преимущества:The proposed method for producing metal-carbon nanocomposites, including nanoparticles of alloys Pt-Ru, Pt-Re, Pt-Rh, has the following advantages:

- для получения нанокомпозита используется доступный, промышленно выпускаемый полимер - полиакрилонитрил;- to obtain a nanocomposite, an affordable, industrially produced polymer is used - polyacrylonitrile;

- наночастицы сплавов образуются "in situ" в процессе формирования нанокомпозита, а не вводятся извне;- alloy nanoparticles are formed "in situ" in the process of nanocomposite formation, and are not introduced from the outside;

- восстановление металлов происходит в инертной атмосфере с участием водорода, выделяющегося при деструкции полимерной цепи полиакрилонитрила. Обычно высокотемпературный пиролиз ведут в токе водорода, либо специально вводят сильные восстановители;- reduction of metals occurs in an inert atmosphere with the participation of hydrogen released during the destruction of the polymer chain of polyacrylonitrile. Usually, high-temperature pyrolysis is carried out in a stream of hydrogen, or strong reducing agents are specially introduced;

- простота аппаратурного оформления, отсутствие дорогостоящей техники высокого вакуума;- simplicity of hardware design, lack of expensive high vacuum equipment;

- значительное сокращение времени приготовления нанокомпозита, что обеспечивает энергосбережение, так как наиболее энергоемкая высокотемпературная стадия проходит за короткое время (10-120 с) при максимальной мощности установки 15-30 кВт.- a significant reduction in the preparation time of the nanocomposite, which provides energy saving, since the most energy-intensive high-temperature stage takes place in a short time (10-120 s) with a maximum installation power of 15-30 kW.

Нижеприведенные примеры иллюстрируют предлагаемое изобретение, но никоим образом не ограничивают его область применения.The following examples illustrate the invention, but in no way limit its scope.

Примеры получения металл-углеродных нанокомпозитовExamples of the preparation of metal-carbon nanocomposites

Пример 1Example 1

0,4 г полиакрилонитрила (ПАН) растворяют в 8 мл диметилформамида (ДМФА) и получают раствор ПАН в ДМФА с концентрацией, равной 5% масс.. Затем 0,0228 г соли платины PtCl4 и 0,0028 г соли рутения RuCl3 смешивают и полученную смесь порошков солей металлов растворяют в 0,512 мл ДМФА, получая таким образом раствор PtCl4+RuCl3 в ДМФА с концентрацией, равной 5% масс. Затем смешивают полученные растворы солей металлов в ДМФА и раствор ПАН в ДМФА, получая соотношение С:(PtCl4+RuCl3), высушивают в термошкафу при температуре 90°С и подвергают ИК-пиролизу при температуре 650°С.0.4 g of polyacrylonitrile (PAN) is dissolved in 8 ml of dimethylformamide (DMF) and a solution of PAN in DMF is obtained with a concentration of 5 wt%. Then, 0.0228 g of platinum salt PtCl 4 and 0.0028 g of ruthenium salt RuCl 3 are mixed and the resulting mixture of powders of metal salts is dissolved in 0.512 ml of DMF, thereby obtaining a solution of PtCl 4 + RuCl 3 in DMF with a concentration of 5% by weight. Then, the obtained solutions of metal salts in DMF and a solution of PAN in DMF are mixed to obtain the ratio C: (PtCl 4 + RuCl 3 ), dried in a heating cabinet at a temperature of 90 ° C, and subjected to IR pyrolysis at a temperature of 650 ° C.

Получаем наноструктурированный металл-углеродный композит с наночастицами сплава Pt-Ru с размерами d=6-8 нм и параметром решетки а=3,890 Å.Obtain nanostructured metal-carbon composite nanoparticles Pt-Ru alloy with sizes d = 6-8 nm and lattice parameter a = 3,890 Å.

Пример 2Example 2

0,4 г ПАН растворяют в 8 мл ДМФА и получают раствор ПАН в ДМФА с концентрацией, равной 5%. Затем 0,0228 г соли платины PtCl4 и 0,0028 г соли рутения RuCl3 смешивают и полученную смесь порошков солей металлов растворяют в 0,512 мл ДМФА, получая таким образом раствор PtCl4+RuCl3 в ДМФА с концентрацией, равной 5%. Затем смешивают полученные растворы солей металлов в ДМФА и раствор ПАН в ДМФА, получая соотношение С:(PtCl4+RuCl3)=20:1, высушивают в термошкафу при температуре 90°С и подвергают ИК-пиролизу при температуре 700°С.0.4 g of PAN is dissolved in 8 ml of DMF and a solution of PAN in DMF is obtained with a concentration of 5%. Then 0.0228 g of platinum salt PtCl 4 and 0.0028 g of ruthenium salt RuCl 3 are mixed and the resulting mixture of powders of metal salts is dissolved in 0.512 ml of DMF, thereby obtaining a solution of PtCl 4 + RuCl 3 in DMF with a concentration of 5%. Then, the obtained solutions of metal salts in DMF and a solution of PAN in DMF are mixed, obtaining the ratio C: (PtCl 4 + RuCl 3 ) = 20: 1, dried in a heating cabinet at a temperature of 90 ° C, and subjected to IR pyrolysis at a temperature of 700 ° C.

Получаем наноструктурированный металл-углеродный композит с наночастицами сплава Pt-Ru с размерами d=6-8 нм и параметром решетки а=3,872 Å.Obtain nanostructured metal-carbon composite nanoparticles Pt-Ru alloy with sizes d = 6-8 nm and lattice parameter a = 3,872 Å.

Пример 3Example 3

0,4 г ПАН растворяют в 8 мл диметилацетамида (ДМАА) и получают раствор ПАН в ДМАА с концентрацией, равной 5%. Затем 0,0228 г соли платины PtCl4 и 0,0028 г соли рутения RuCl3 смешивают и полученную смесь порошков солей металлов растворяют в 0,512 мл ДМАА, получая таким образом раствор PtCl4+RuCl3 в ДМАА с концентрацией, равной 5%. Затем смешивают полученные растворы солей металлов в ДМАА и раствор ПАН в ДМАА, получая соотношение С:(PtCl4+RuCl3)=20:1, высушивают в термошкафу при температуре 90°С и подвергают ИК-пиролизу при температуре 1100°С.0.4 g of PAN is dissolved in 8 ml of dimethylacetamide (DMAA) and a solution of PAN in DMAA is obtained with a concentration of 5%. Then, 0.0228 g of platinum salt PtCl 4 and 0.0028 g of ruthenium salt RuCl 3 are mixed and the resulting mixture of powders of metal salts is dissolved in 0.512 ml of DMAA, thus obtaining a solution of PtCl 4 + RuCl 3 in DMAA with a concentration of 5%. Then, the obtained solutions of metal salts in DMAA and the PAN solution in DMAA are mixed, obtaining the ratio C: (PtCl 4 + RuCl 3 ) = 20: 1, dried in a heating cabinet at a temperature of 90 ° C, and subjected to IR pyrolysis at a temperature of 1100 ° C.

Получаем наноструктурированный металл-углеродный композит с наночастицами сплава Pt-Ru с размерами d=6-8 нм и параметром решетки а=3,890 Å.Obtain nanostructured metal-carbon composite nanoparticles Pt-Ru alloy with sizes d = 6-8 nm and lattice parameter a = 3,890 Å.

Пример 4Example 4

0,4 г ПАН растворяют в 40 мл ДМФА и получают раствор ПАН в ДМФА с концентрацией, равной 1%. Затем 0,0228 г соли платины PtCl4 и 0,0028 г соли рутения RuCl3 смешивают и полученную смесь порошков солей металлов растворяют в 0,512 мл ДМФА, получая таким образом раствор PtCl4+RuCl3 в ДМФА с концентрацией, равной 5%. Затем смешивают полученные растворы солей металлов в ДМФА и раствор ПАН в ДМФА, получая соотношение С:(PtCl4+RuCl3)=20:1, высушивают в термошкафу при температуре 90°С и подвергают ИК-пиролизу при температуре 700°С.0.4 g of PAN is dissolved in 40 ml of DMF to obtain a solution of PAN in DMF with a concentration of 1%. Then 0.0228 g of platinum salt PtCl 4 and 0.0028 g of ruthenium salt RuCl 3 are mixed and the resulting mixture of powders of metal salts is dissolved in 0.512 ml of DMF, thereby obtaining a solution of PtCl 4 + RuCl 3 in DMF with a concentration of 5%. Then, the obtained solutions of metal salts in DMF and a solution of PAN in DMF are mixed, obtaining the ratio C: (PtCl 4 + RuCl 3 ) = 20: 1, dried in a heating cabinet at a temperature of 90 ° C, and subjected to IR pyrolysis at a temperature of 700 ° C.

Получаем наноструктурированный металл-углеродный композит с наночастицами сплава Pt-Ru с размерами d=6-8 нм и параметром решетки a=3,872 Å.We obtain a nanostructured metal-carbon composite with nanoparticles of the Pt-Ru alloy with sizes d = 6–8 nm and a lattice parameter a = 3.872 Å.

Пример 5Example 5

0,4 г ПАН растворяют в 13 мл ДМФА и получают раствор ПАН в ДМФА с концентрацией, равной 3%. Затем 0,0228 г соли платины PtCl4 и 0,0028 г соли рутения RuCl3 смешивают и полученную смесь порошков солей металлов растворяют в 0,512 мл ДМФА, получая таким образом раствор PtCl4+RuCl3 в ДМФА с концентрацией, равной 5%. Затем смешивают полученные растворы солей металлов в ДМФА и раствор ПАН в ДМФА, получая соотношение С:(PtCl4+RuCl3)=20:1, высушивают в термошкафу при температуре 90°С и подвергают ИК-пиролизу при температуре 700°С.0.4 g of PAN is dissolved in 13 ml of DMF and a solution of PAN in DMF is obtained with a concentration of 3%. Then 0.0228 g of platinum salt PtCl 4 and 0.0028 g of ruthenium salt RuCl 3 are mixed and the resulting mixture of powders of metal salts is dissolved in 0.512 ml of DMF, thereby obtaining a solution of PtCl 4 + RuCl 3 in DMF with a concentration of 5%. Then, the obtained solutions of metal salts in DMF and a solution of PAN in DMF are mixed, obtaining the ratio C: (PtCl 4 + RuCl 3 ) = 20: 1, dried in a heating cabinet at a temperature of 90 ° C, and subjected to IR pyrolysis at a temperature of 700 ° C.

Получаем наноструктурированный металл-углеродный композит с наночастицами сплава Pt-Ru с размерами d=6-8 нм и параметром решетки a=3,872 Å.We obtain a nanostructured metal-carbon composite with nanoparticles of the Pt-Ru alloy with sizes d = 6–8 nm and a lattice parameter a = 3.872 Å.

Пример 6Example 6

0,4 г ПАН растворяют в 4 мл диметилсульфоксида (ДМСО) и получают раствор ПАН в ДМСО с концентрацией, равной 10%. Затем 0,0228 г соли платины PtCl4 и 0,0028 г соли рутения RuCl3 смешивают и полученную смесь порошков солей металлов растворяют в 0,512 мл ДМСО, получая таким образом раствор PtCl4+RuCl3 в ДМСО с концентрацией, равной 5%. Затем смешивают полученные растворы солей металлов в ДМСО и раствор ПАН в ДМСО, получая соотношение С:(PrCl4+RuCl3)=20:1, высушивают в термошкафу при температуре 90°С и подвергают ИК-пиролизу при температуре 700°С.0.4 g of PAN is dissolved in 4 ml of dimethyl sulfoxide (DMSO) to give a solution of PAN in DMSO with a concentration of 10%. Then 0.0228 g of platinum salt PtCl 4 and 0.0028 g of ruthenium salt RuCl 3 are mixed and the resulting mixture of powders of metal salts is dissolved in 0.512 ml of DMSO, thereby obtaining a solution of PtCl 4 + RuCl 3 in DMSO with a concentration of 5%. Then, the obtained solutions of metal salts in DMSO and a solution of PAN in DMSO are mixed, obtaining the ratio C: (PrCl 4 + RuCl 3 ) = 20: 1, dried in a heating cabinet at a temperature of 90 ° C, and subjected to IR pyrolysis at a temperature of 700 ° C.

Получаем наноструктурированный металл-углеродный композит с наночастицами сплава Pt-Ru с размерами d=6-8 нм и параметром решетки a=3,872 Å.We obtain a nanostructured metal-carbon composite with nanoparticles of the Pt-Ru alloy with sizes d = 6–8 nm and a lattice parameter a = 3.872 Å.

Пример 7Example 7

0,4 г ПАН растворяют в 8 мл ДМФА и получают раствор ПАН в ДМФА с концентрацией, равной 5%. Затем 0,0046 т соли платины PtCl4 и 0,0006 г соли рутения RuCl3 смешивают и полученную смесь порошков солей металлов растворяют в 0,104 мл ДМФА, получая таким образом раствор PtCl4+RuCl3 в ДМФА с концентрацией, равной 5%. Затем смешивают полученные растворы солей металлов в ДМФА и раствор ПАН в ДМФА, получая соотношение С:(PtCl4+RuCl3)=100:1, высушивают в термошкафу при температуре 90°С и подвергают ИК-пиролизу при температуре 700°С.0.4 g of PAN is dissolved in 8 ml of DMF and a solution of PAN in DMF is obtained with a concentration of 5%. Then, 0.0046 tons of platinum salt PtCl 4 and 0.0006 g of ruthenium salt RuCl 3 are mixed and the resulting mixture of powders of metal salts is dissolved in 0.104 ml of DMF, thereby obtaining a solution of PtCl 4 + RuCl 3 in DMF with a concentration of 5%. Then, the obtained solutions of metal salts in DMF and a solution of PAN in DMF are mixed, obtaining the ratio C: (PtCl 4 + RuCl 3 ) = 100: 1, dried in a heating cabinet at a temperature of 90 ° C and subjected to IR pyrolysis at a temperature of 700 ° C.

Получаем наноструктурированный металл-углеродный композит с наночастицами сплава Pt-Ru с размерами d=6-8 нм и параметром решетки a=3,872 Å.We obtain a nanostructured metal-carbon composite with nanoparticles of the Pt-Ru alloy with sizes d = 6–8 nm and a lattice parameter a = 3.872 Å.

Пример 8Example 8

0,4 г ПАН растворяют в 8 мл ДМФА и получают раствор ПАН в ДМФА с концентрацией, равной 5%. Затем 0,0228 г соли платины PtCl4 и 0,0029 г соли родия RhCl3 смешивают и полученную смесь порошков солей металлов растворяют в 0,514 мл ДМФА, получая таким образом раствор PtCl4+RhCl3 в ДМФА с концентрацией, равной 5%. Затем смешивают полученные растворы солей металлов в ДМФА и раствор ПАН в ДМФА, получая соотношение С:(PtCl4+RhCl3)=20:1, высушивают в термошкафу при температуре 90°С и подвергают ИК-пиролизу при температуре 700°С.0.4 g of PAN is dissolved in 8 ml of DMF and a solution of PAN in DMF is obtained with a concentration of 5%. Then 0.0228 g of platinum salt PtCl 4 and 0.0029 g of rhodium salt of RhCl 3 are mixed and the resulting mixture of powders of metal salts is dissolved in 0.514 ml of DMF, thereby obtaining a solution of PtCl 4 + RhCl 3 in DMF with a concentration of 5%. Then, the obtained solutions of metal salts in DMF and a solution of PAN in DMF are mixed, obtaining the ratio C: (PtCl 4 + RhCl 3 ) = 20: 1, dried in an oven at a temperature of 90 ° C and subjected to IR pyrolysis at a temperature of 700 ° C.

Получаем наноструктурированный металл-углеродный композит с наночастицами сплава Pt-Rh с размерами d=6-8 нм и параметром решетки a=3,873 Å.We obtain a nanostructured metal-carbon composite with Pt-Rh alloy nanoparticles with dimensions d = 6-8 nm and a lattice parameter a = 3.873 Å.

Пример 9Example 9

0,4 г ПАН растворяют в 8 мл ДМФА и получают раствор ПАН в ДМФА с концентрацией, равной 5%. Затем 0,00912 г соли платины PtCl4 и 0,0111 г соли рутения RuCl3 смешивают и полученную смесь порошков солей металлов растворяют в 2,046 мл диметилформамида, получая таким образом раствор PtCl4+RuCl3 в ДМФА с концентрацией, равной 5%. Затем смешивают полученные растворы солей металлов в ДМФА и раствор ПАН в ДМФА, получая соотношение С:(PtCl4+RuCl3)=5:1, высушивают в термошкафу при температуре 90°С и подвергают ИК-пиролизу при температуре 700°С.0.4 g of PAN is dissolved in 8 ml of DMF and a solution of PAN in DMF is obtained with a concentration of 5%. Then, 0.00912 g of platinum salt PtCl 4 and 0.0111 g of ruthenium salt RuCl 3 are mixed and the resulting mixture of powders of metal salts is dissolved in 2.046 ml of dimethylformamide, thereby obtaining a solution of PtCl 4 + RuCl 3 in DMF with a concentration of 5%. Then, the obtained solutions of metal salts in DMF and a solution of PAN in DMF are mixed, obtaining the ratio C: (PtCl 4 + RuCl 3 ) = 5: 1, dried in a heating cabinet at a temperature of 90 ° C, and subjected to IR pyrolysis at a temperature of 700 ° C.

Получаем наноструктурированный металл-углеродный композит с наночастицами сплава Pt-Ru с размерами d=6-8 нм и параметром решетки a=3,872 Å.We obtain a nanostructured metal-carbon composite with nanoparticles of the Pt-Ru alloy with sizes d = 6–8 nm and a lattice parameter a = 3.872 Å.

Пример 10Example 10

0,4 г полиакрилонитрила растворяют в 13 мл диметилформамида и получают раствор ПАН в ДМФА с концентрацией, равной 3%. Затем 0,0228 г соли платины PtCl4 и 0,002 г соли рения NH4ReO4 смешивают и полученную смесь порошков солей металлов растворяют в 0,512 мл диметилформамида, получая таким образом раствор PtCl4+NH4ReO4 в ДМФА с концентрацией, равной 5%. Затем смешивают полученные растворы солей металлов в ДМФА и раствор ПАН в ДМФА, получая соотношение C:(PtCl4+ReCl3)=20:1, высушивают в термошкафу при температуре 90°С и подвергают ИК-пиролизу при температуре 700°С.0.4 g of polyacrylonitrile is dissolved in 13 ml of dimethylformamide to give a solution of PAN in DMF with a concentration of 3%. Then 0.0228 g of platinum salt PtCl 4 and 0.002 g of rhenium salt NH 4 ReO 4 are mixed and the resulting mixture of powders of metal salts is dissolved in 0.512 ml of dimethylformamide, thereby obtaining a solution of PtCl 4 + NH 4 ReO 4 in DMF with a concentration of 5% . Then, the obtained solutions of metal salts in DMF and a solution of PAN in DMF are mixed, obtaining the ratio C: (PtCl 4 + ReCl 3 ) = 20: 1, dried in a heating cabinet at a temperature of 90 ° C, and subjected to IR pyrolysis at a temperature of 700 ° C.

Получаем наноструктурированный металл-углеродный композит с наночастицами сплава Pt-Re с размерами d=6-8 нм и параметром решетки a=3,899 Å.We obtain a nanostructured metal-carbon composite with Pt-Re alloy nanoparticles with sizes d = 6-8 nm and a lattice parameter a = 3.899 Å.

Авторами предлагаемого изобретения обнаружено, что полученные таким образом металл-углеродные нанокомпозиты обладают активностью в ряде каталитических химических превращений и могут быть использованы в качестве гетерогенных катализаторов, например, в реакциях дегидрирования углеводородов.The authors of the present invention found that the thus obtained metal-carbon nanocomposites are active in a number of catalytic chemical transformations and can be used as heterogeneous catalysts, for example, in hydrocarbon dehydrogenation reactions.

Пример реакции дегидрирования: С6Н12→С6Н6+3Н2. Некоторые из полученных нанокомпозитов были испытаны в указанной реакции.An example of a dehydrogenation reaction: C 6 H 12 → C 6 H 6 + 3H 2 . Some of the obtained nanocomposites were tested in this reaction.

Примеры дегидрирования углеводородовExamples of hydrocarbon dehydrogenation

Пример 11Example 11

Образец металл-углеродного нанокомпозита, полученый по примеру 8 испытывают в реакции дегидрирования циклогексана, которое проводят в каталитической установке с проточным реактором, выполненным в виде трубки из нержавеющей стали с внутренним диаметром в 7 мм.The metal-carbon nanocomposite sample obtained in Example 8 is tested in a cyclohexane dehydrogenation reaction, which is carried out in a catalytic unit with a flow reactor made in the form of a stainless steel tube with an inner diameter of 7 mm.

Пары циклогексана подают в реактор в потоке аргона из барботеров, термостатированных при температуре +8°С, что соответствует их объемной концентрации 5,9%. Продукты реакции анализируют с помощью хроматографа. Выходящий из реактора поток поступает в обогреваемую линию, омывающую кран-дозатор хроматографа с детектором по теплопроводности и колонкой с Порапаком Т, предназначенной для анализа углеводородов.Cyclohexane vapors are fed into the reactor in an argon stream from bubblers thermostatically controlled at a temperature of + 8 ° C, which corresponds to their volume concentration of 5.9%. The reaction products are analyzed using a chromatograph. The effluent from the reactor enters a heated line washing the chromatograph’s metering valve with a thermal conductivity detector and a Porapak T column for hydrocarbon analysis.

Производительность катализатора по водороду определяют по формуле:The performance of the catalyst for hydrogen is determined by the formula:

К=3·х·(кол-во молей превращенного циклогексана)/(мольная концентрация металла)K = 3 · x · (number of moles of converted cyclohexane) / (molar concentration of metal)

В интервале температур 260-555°C получены конверсии циклогексана, приведенные в таблице.In the temperature range 260-555 ° C, cyclohexane conversions are shown in the table.

T, °CT, ° C 220220 350350 420420 450450 500500 Конверсия циклогексана, мольн.%The conversion of cyclohexane, mol.% 4,64.6 15,415.4 36,836.8 87,187.1 98,598.5

Пример 12Example 12

На образце металл-углеродного нанокомпозита, полученого по примеру 9, проводят дегидрирование циклогексана по методике, описанной в примере 11.On a sample of a metal-carbon nanocomposite obtained in example 9, dehydrogenation of cyclohexane is carried out according to the procedure described in example 11.

В интервале температур 260-555°С получены конверсии циклогексана, приведенные в таблице.In the temperature range 260-555 ° C, cyclohexane conversions are shown in the table.

Т, °СT, ° С 280280 370370 430430 500500 555555 Конверсия циклогексана, мольн.%The conversion of cyclohexane, mol.% 2,22.2 5,75.7 32,232,2 61,161.1 83,583.5

Пример 13Example 13

На образце металл-углеродного нанокомпозита, полученого по примеру 7, проводят дегидрирование циклогексана по методике, описанной в примере 11.On a sample of a metal-carbon nanocomposite obtained according to example 7, dehydrogenation of cyclohexane is carried out according to the procedure described in example 11.

В интервале температур 260-550°С получены конверсии циклогексана, приведенные в таблице.In the temperature range 260-550 ° C, cyclohexane conversions are shown in the table.

Т, °СT, ° С 260260 350350 400400 500500 550550 Конверсия циклогексана, мольн.%The conversion of cyclohexane, mol.% 1,21,2 6,76.7 42,242,2 81,181.1 93,493,4

Металл-углеродные нанокомпозиты как катализаторы дегидрирования углеводородов, и в частности циклогексана, обладают производительностью (эффективностью) до 1,75 моль/час г Me и стабильностью (не менее 50 часов работы без регенерации).Metal-carbon nanocomposites as catalysts for the dehydrogenation of hydrocarbons, and in particular cyclohexane, have a productivity (efficiency) of up to 1.75 mol / hour g Me and stability (at least 50 hours of operation without regeneration).

Таким образом, предложено техническое решение, экономическая привлекательность которого определяется тем, что для получения каталитического материала не требуется дорогостоящей техники высокого вакуума, управление процессом может осуществляться одним человеком, а низкие энергозатраты обеспечиваются тем, что длительность наиболее энергозатратной стадии ИК-пиролиза при приготовлении катализатора не превышает 2 мин при мощности установки импульсного фотонного отжига, не превышающей 15-30 кВт.Thus, a technical solution has been proposed, the economic attractiveness of which is determined by the fact that expensive technology of high vacuum is not required to obtain catalytic material, the process can be controlled by one person, and low energy costs are ensured by the fact that the duration of the most energy-intensive stage of IR pyrolysis in the preparation of the catalyst does not exceeds 2 min with a power of the installation of pulsed photon annealing, not exceeding 15-30 kW.

Figure 00000001
Figure 00000001

Claims (3)

1. Металл-углеродный нанокомпозит, содержащий металлические наночастицы, равномерно диспергированные в структуре углеродной матрицы, отличающийся тем, что в качестве углеродной матрицы он содержит полиакрилонитрил, пиролизованный при облучении инфракрасным светом с интенсивностью, соответствующей температуре 650-1100°С, а в качестве металлических наночастиц композит содержит наночастицы биметаллического сплава, в котором один из металлов платина, а другой или Ru, или Re, или Rh, в суммарном количестве по металлам, равном 0,1-20 мас.% по отношению к массе композита.1. A metal-carbon nanocomposite containing metal nanoparticles uniformly dispersed in the structure of the carbon matrix, characterized in that it contains polyacrylonitrile as a carbon matrix, pyrolyzed by irradiation with infrared light with an intensity corresponding to a temperature of 650-1100 ° C, and as metal the nanoparticles composite contains nanoparticles of a bimetallic alloy in which one of the metals is platinum and the other is either Ru, or Re, or Rh, in a total amount of metals equal to 0.1-20 wt.% in the ratio the weight of the composite. 2. Способ получения металл-углеродного нанокомпозита путем восстановления металлов, выбранных из ряда Pt, Ru, Re, Rh, из растворов их солей, отличающийся тем, что совместный раствор солей металлов, один из которых платина, а другой или Ru, или Re, или Rh, в амидных или сульфоксидных растворителях вводят в раствор полиакрилонитрила в амидных или сульфоксидных растворителях и подвергают пиролизу при облучении инфракрасным светом с интенсивностью, соответствующей температуре 650-1100°С.2. A method of producing a metal-carbon nanocomposite by reducing metals selected from the series of Pt, Ru, Re, Rh, from solutions of their salts, characterized in that the joint solution of metal salts, one of which is platinum, and the other is either Ru or Re, or Rh, in amide or sulfoxide solvents, are introduced into a solution of polyacrylonitrile in amide or sulfoxide solvents and pyrolyzed by irradiation with infrared light with an intensity corresponding to a temperature of 650-1100 ° C. 3. Способ получения металл-углеродного нанокомпозита по п.2, отличающийся тем, что в качестве амидного растворителя используют диметилформамид или диметиацетамид, в качестве сульфоксидного растворителя используют диметилсульфоксид. 3. The method of producing a metal-carbon nanocomposite according to claim 2, characterized in that dimethylformamide or dimethiacetamide is used as an amide solvent, and dimethyl sulfoxide is used as a sulfoxide solvent.
RU2008142256/04A 2008-10-27 2008-10-27 Metal-carbon nanocomposite and method of preparing said composite RU2394849C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008142256/04A RU2394849C1 (en) 2008-10-27 2008-10-27 Metal-carbon nanocomposite and method of preparing said composite

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008142256/04A RU2394849C1 (en) 2008-10-27 2008-10-27 Metal-carbon nanocomposite and method of preparing said composite

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008142256A RU2008142256A (en) 2010-05-10
RU2394849C1 true RU2394849C1 (en) 2010-07-20

Family

ID=42673280

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008142256/04A RU2394849C1 (en) 2008-10-27 2008-10-27 Metal-carbon nanocomposite and method of preparing said composite

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2394849C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2492923C1 (en) * 2012-04-19 2013-09-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук Catalyst and method of obtaining aliphatic hydrocarbons from carbon oxide and hydrogen in its presence
RU2497587C2 (en) * 2011-11-11 2013-11-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) Method of making membrane catalyst and method of hydrocarbon dehydration using obtained catalyst
RU2527218C1 (en) * 2013-01-09 2014-08-27 Открытое акционерное общество "Ижевский электромеханический завод "Купол" Finely disperse organic suspension of metal/carbon nanocomposite and method of its manufacturing
RU2618484C1 (en) * 2015-12-22 2017-05-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) Method of metal-carbon compounds forming on basis of shungite, gold and silver nanoparticles
RU2791238C1 (en) * 2021-12-01 2023-03-06 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова Российской академии наук (ИНЭОС РАН) Porous carbon material and method for its production

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
H.NABICA at all, Preparation and characterization of Au-Co nano-alloys, J. Electroanalytical Chemistry, 2003, v.559, p.99-102. X.B.YAN at all, Fabrication of oriented FePt nanjparticles embedded in a carbon film made by pyrolysis of poly(phenylcarbyne), Carbon, 2004, 42, 3021-3024. RAJESH B, at all, Preparation of Pt-Ru bimetallic system supported on carbon nanotubes, J. Mater. Chem., 2000, 10, 1757-1759. *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2497587C2 (en) * 2011-11-11 2013-11-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) Method of making membrane catalyst and method of hydrocarbon dehydration using obtained catalyst
RU2492923C1 (en) * 2012-04-19 2013-09-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук Catalyst and method of obtaining aliphatic hydrocarbons from carbon oxide and hydrogen in its presence
RU2527218C1 (en) * 2013-01-09 2014-08-27 Открытое акционерное общество "Ижевский электромеханический завод "Купол" Finely disperse organic suspension of metal/carbon nanocomposite and method of its manufacturing
RU2527218C9 (en) * 2013-01-09 2014-11-27 Открытое акционерное общество "Ижевский электромеханический завод "Купол" Finely disperse organic suspension of metal/carbon nanocomposite and method of its manufacturing
RU2618484C1 (en) * 2015-12-22 2017-05-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) Method of metal-carbon compounds forming on basis of shungite, gold and silver nanoparticles
RU2791238C1 (en) * 2021-12-01 2023-03-06 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова Российской академии наук (ИНЭОС РАН) Porous carbon material and method for its production

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008142256A (en) 2010-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhou et al. Highly selective aerobic oxidation of methane to methanol over gold decorated zinc oxide via photocatalysis
Rahimi-Nasrabadi et al. Synthesis and characterization of copper oxalate and copper oxide nanoparticles by statistically optimized controlled precipitation and calcination of precursor
Tong et al. Ultrasonic synthesis of highly dispersed Pt nanoparticles supported on MWCNTs and their electrocatalytic activity towards methanol oxidation
CN110201696B (en) Preparation method of porous carbon fiber supported high-dispersion precious metal nanoparticles
WO2018209666A1 (en) Preparation method for single-atom dispersed palladium-based catalyst and catalytic application thereof
CN109621998B (en) Three-dimensional mesoporous carbon loaded molybdenum carbide and preparation method and application thereof
US20060083674A1 (en) Method for forming catalyst metal particles for production of single-walled carbon nanotube
JP2015533638A (en) Method for producing metal catalyst for producing carbon nanotubes and method for producing carbon nanotubes using the same
CN115007186B (en) Carbon nitride-based site-specific double-single-atom catalyst, preparation and application thereof
Liu et al. Fabrication of ceramic membrane supported palladium catalyst and its catalytic performance in liquid-phase hydrogenation reaction
Li et al. Electrochemical synthesis of mesoporous Pt nanowires with highly electrocatalytic activity toward methanol oxidation reaction
Ma et al. The novel synthesis of a continuous tube with laminated gC 3 N 4 nanosheets for enhancing photocatalytic activity and oxygen evolution reaction performance
RU2394849C1 (en) Metal-carbon nanocomposite and method of preparing said composite
CN110586166A (en) Preparation of molybdenum oxide nanosheet and application of molybdenum oxide nanosheet in photocatalytic nitrogen fixation
Song et al. Novel synthesis techniques for preparation of Co/CeO 2 as ethanol steam reforming catalysts
Zhang et al. One-step synthesis of mesoporous Pt–Nb 2 O 5 nanocomposites with enhanced photocatalytic hydrogen production activity
Mashentseva Effect of the oxidative modification and activation of templates based on poly (ethylene terephthalate) track-etched membranes on the electroless deposition of copper and the catalytic properties of composite membranes
CN114425330A (en) Double-noble-metal-loaded nano titanium dioxide and preparation method and application thereof
Lu et al. Synthesis, characterization and electrocatalytic properties of carbon nitride nanotubes for methanol electrooxidation
CN109879265B (en) Mesoporous nitrogen-doped carbon material and preparation method and application thereof
Xu et al. Cu nanocrystals enhanced charge separation and transfer in superior thin g-C3N4 nanosheets
CN113000057B (en) Loaded with Cu/ZnO/CeO2Preparation method and application of porous material of catalyst
Wu et al. One-dimensional TiO2 nanomaterials: preparation and catalytic applications
CN112246264A (en) Molybdenum carbide metal molybdenum silicon carbide ternary composite material, preparation method thereof and effect of molybdenum carbide metal molybdenum silicon carbide ternary composite material on photocatalytic hydrogen production
Shan et al. Facile synthesis of hierarchical core-shell carbon@ ZnIn2S4 composite for boosted photothermal-assisted photocatalytic H2 production

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201028