Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Введение
По определению Сергеева [1], нанохимия это область науки, связанная с получением и изучением физико-химических свойств частиц, имеющих размеры в несколько нанометров. Отметим, что согласно этому определению синтез полимеров автоматически является разделом нанохимии, поскольку в соответствии с классификацией Мелихова [2] полимерные макромолекулы (а точнее, макромолекулярные клубки) относятся к наночастицам, а полимерные золи и гели - к наносистемам. Катализ на наночастицах является одним из наиболее важных разделов нанохимии [1-4].
Большинство каталитических систем являются наносистемами [3]. При гетерогенном катализе активное вещество стараются нанести на носитель в виде наночастиц, чтобы увеличить их удельную поверхность. При гомогенном же катализе молекулы активного вещества часто сами по себе имеют нанометровые размеры. Наиболее благоприятные условия для гомогенного катализа создаются тогда, когда молекулы реагента быстро адсорбируются наночастицами и медленно десорбируются, но имеют высокую поверхностную подвижность и, следовательно, большую скорость реакции на поверхности, а при реакции образуются молекулы такой структуры, при которой скорость десорбции резко возрастает. Если эти условия в наносистеме реализуются с большей вероятностью, чем в макросистеме, то нанокатализатор имеет повышенную активность, что наблюдалось для многих систем. В связи с этим возникают вопросы, как скорости адсорбции и десорбции, поверхностная подвижность молекул и характеристическая частота актов взаимодействия реагентов зависят от размера, молекулярного рельефа и состава наночастиц и носителя [2].
Достаточно большое число примеров практического применения наночастиц в качестве катализаторов приведено в главе 2 монографии [1]. Однако по традиции в анализе каталитических эффектов основное внимание уделяется химическим аспектам проблемы.
Новым направлением в синтезе полимеров является проведение реакции в присутствии неорганических соединений, которые с одной стороны, выполняют функции катализатора реакции, а с другой - являются нанонаполнителем образующегося нанокомпозита [5]. В указанных реакциях вступает в действие основное свойство наносистем - большая площадь поверхности контакта катализатор - реакционная среда из-за малых размеров частиц твердофазного катализатора [6]. В этом случае взаимодействие катализатор-продукт реакции в силу приведенной выше классификации следует рассматривать как взаимодействие двух фракталов, поскольку хорошо известно, что и поверхность дисперсных частиц с размерами нанометрового диапазона [7], и макромолекулярный клубок [8] являются фрактальными объектами. Указанное обстоятельство делает неизбежным структурное исследование катализа в рамках фрактального анализа. Впервые этот аспект был исследован в работе [9]. Решение актуальной проблемы создания наномерных частиц и наноматериалов на их основе требует междисциплинарного подхода к изучению самоуправляемого синтеза наночастиц. Это следует из квантово-механического подхода Шевченко-Кадомцева [10,11] к анализу структур наномира на основе принципов синергетики. Иванова [12] подтвердила это свойство на основе анализа самоуправляемого синтеза стабильных структур атомов периодической системы и наночастиц с размерами меньше 100 нм. Таким образом, еще одним методом исследования катализа на наночастицах является использование принципов синергетики. В настоящей монографии применение методов фрактального анализа и синергетики рассмотрено на примере как модельной реакции переэтерификации в присутствии наночастиц, так и для случая ряда широко используемых на практике реакций полимеризации.
Литература к Введению
1.Сергеев Г.Б. Нанохимия. М., Книжный дом «Университет», 2006, 336 с.
2.Мелихов И.В. ЖРХО им. Менделеева, 2002, т. 46, № 5, с. 7-14.
3.Бухтияров В. И., Слинько М. Г. Успехи химии, 2001, т.70, № 2, с. 167-191.
4.Сергеев Г. Б. ЖРХО им. Менделеева, 2002, т. 46, № 5, с. 22-29.
5.Васнев В.А., Нафадзокова Л.Х., Тарасов А.И., Виноградова С.В., Лепендина О.Л., Микитаев А.К. Высокомолек. соед. А, 1999, т. 41, № 11, с. 1733-1739.
6.Андриевский Р. А. ЖРХО им. Менделеева, 2002, т. 46, № 5, с. 50-56.
7.Avnir D., Farin D., Pfeifer P. Nature, 1984, v. 308, № 5959, p. 261-263.
8.Vilgis T. A. Physica A, 1988, v. 153, № 2, p. 341-354.
9.Meakin P. Chem. Phys. Lett., 1986, v.123, №5, p. 428-432.
10.Шевченко В. Я. Тез. докл. 2-го научн.-техн. семинара «Наноструктурные материалы -2002». Белорусь-Россия, 2002, с. 7-9.
11.Кадомцев Б. Б. Динамика и информация. М., Ред. журнала «Успехи физических наук», 1999, 400с.
12.Иванова В. С. Труды Междунар. междисциплинарного симпозиума «Фракталы и прикладная синергетика, ФиПС-03». М., Изд-во МГОУ, 2003, с. 271-274.