Научный коллектив НИТУ «МИСиС» под руководством профессора Александра Мукасьяна, совершенствуя метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, получили уникальный катализатор, который в процессе работы не деградирует и не загрязняется, поэтому функционирует в десятки раз дольше обычных катализаторов. Ускоритель интенсивно работает уже несколько лет, поэтому ученые даже в шутку называют его «вечным». Катализаторы применяются для получения наноматериалов, а также для дожигания топлива в автомобилях и позволяют уменьшить выброс вредных веществ в атмосферу.
Создание наноразмерных материалов с заданными свойствами сопровождается рядом сложностей. Большинство методов не позволяют получить конечный материал с требуемыми наноразмерами (например, размер менее 10 нм важен с точки зрения магнитных характеристик) и высокой удельной поверхностью (влияет на каталитическую активность). Для создания многих наноматериалов необходимо специальное сложное оборудование и высокие энергозатраты.
Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) в растворах или «горение растворов» — альтернативный способ синтеза наноматериалов. В основе процесса — самоподдерживающаяся экзотермическая реакция (горение) взаимодействия компонентов на основе систем, содержащих окислитель (нитрат металла) и восстановитель (растворимые в воде линейные и циклические органические амины, кислоты и аминокислоты). Химическая реакция интенсивно распространяется в растворе, по мере того, как она угасает, формируются конечные продукты, то есть происходит единый процесс горения и получения материалов. В растворах исходные реагенты смешаны на молекулярном уровне, а выделение большого количества газов при взаимодействии реагентов в волне горения облегчает формирование нанопорошков с заданными характеристиками.
Как отметила ректор НИТУ «МИСиС» Алевтина Черникова, «профессор Александр Мукасьян, директор научно-исследовательского центра „Конструкционные керамические наноматериалы“ НИТУ „МИСиС“ — один из самых известных в мире специалистов в области твердого пламени. Научный коллектив под его руководством ведет успешную работу по новым перспективным направлениям в области синтеза наноматериалов. Полученные материалы будут использоваться в топливных и солнечных элементах, конденсаторах и аккумуляторах нового поколения, а также в „вечных“ катализаторах».
Ученые Научно-исследовательского центра «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ «МИСиС», экспериментально изучая синтез материалов «горением растворов» с использованием методологии физики и химии горения, добились впечатляющих результатов. Поместив смесь из нитрата никеля и глицина в высокопористую среду, и запустив реакцию, они получили новый тип суперстабильного катализатора, который в процессе работы не деградирует и не загрязняется. Обзор исследований в этой области был опубликован в авторитетном журнале Chemical Reviews.
По словам заместителя директора Научно-исследовательского центра «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ «МИСиС» профессора Александра Рогачева, «наши исследования позволяют пролить свет на механизмы, лежащие в основе процесса синтеза наноматериалов путем СВС в растворах. За внешне простым и красивым процессом скрываются сложные механизмы, природу которых понять очень трудно, но если это сделать, то ученые смогут получать наноматериалы с новыми удивительными свойствами».
«Горение растворов» открывает широкие возможности для развития современной энергетики. Получаемые нанопористые материалы применяются в новых типах топливных, солнечных элементов, суперконденсаторах и аккумуляторах, а также термоэлектриках (используются в термоэлектрогенераторах для преобразования тепла в электричество). Они востребованы в водородной энергетике, например для конвертирования углеводорода в метан или получения чистого водорода из этанола, и могут применяться в качестве люминофоров — веществ, способных преобразовывать поглощаемую ими энергию в световое излучение.
