Войтко К. В. Каталазоподібні властивості нанопоруватих та нанорозмірних вуглецевих матеріалів.

Досліджено вплив структурних характеристик та хімії поверхні природних і синтетичних нанопоруватих (активне вугілля) та нанорозмірних (вуглецеві нанотрубки, оксиди графену) вуглецевих матеріалів на їхні каталітичні (каталазоподібні) властивості. Проаналізовано вплив зміни зовнішніх факторів (концентрація Н2О2, рН, температура) на каталітичну здатність вуглецевих матеріалів в реакції розкладання пероксиду водню. Оптимізовано методику дослідження каталазоподібних властивостей нанорозмірних вуглецевих матеріалів і застосовано закони ферментативної кінетики для описання та порівняння їх каталітичної здатності з активністю ферменту каталази. Кількісно оцінено вплив дифузійної та хімічної складових на ефективність дії каталізаторів на основі активного вугілля. З використанням теорій Тіле-Зельдовича і осциляційної проведено кореляційний аналіз між реакційною здатністю, дифузією та структурними характеристиками носіїв, розраховано ефективні коефіцієнти дифузії молекули Н2О2. Показано, що дифузія не є визначальним фактором у каталітичній активності досліджуваних матеріалів. Для підвищення активності зразків вуглецевих матеріалів здійснено модифікування їх поверхні кисне- та азотовмісними функціональними групами та ферментом каталаза. За допомогою методів РФЕС та ТПД МС, і кількісного елементного аналізу встановлено будову функціональних груп вуглецевих матеріалів. Встановлені кореляції між структурою вуглецевих матриць, зміною їх хімії поверхні та каталазоподібними властивостями. На основі отриманих залежностей запропоновано ряди активності досліджуваних зразків. Експериментально доведено, що модифікування кисневмісними функціональними групами поверхні активного вугілля знижує його каталітичну здатність, тоді як для зразків вуглецевих нанотрубок спостерігається її підвищення. Введення гетероатомів азоту підвищує каталітичні властивості активного вугілля та вуглецевих нанотрубок. Доведено, що видалення кисневмісних функціональних груп та модифікування гетероатомами азоту вихідних зразків оксидів графену призводить до погіршення їхньої каталітичної здатності. Визначено закономірність впливу електронної будови модельних нанокластерів вуглецевих матеріалів (С43О3Н16, С42Н16 та С40N2Н16) на їх каталітичну активність в реакції розкладання пероксиду водню.