Российские ученые смогли увеличить выработку водорода для получения электроэнергии

3 августа 2017

Ученые из Института неорганической химии имени А.В. Николаева СО РАН, Института катализа имени Г.К. Борескова СО РАН и Новосибирского государственного университета вместе с иностранными коллегами модифицировали катализаторы, состоящие из металла и графеновых фрагментов, атомами азота. Это привело к значительному ускорению реакции разложения муравьиной кислоты, сопровождающейся интенсивным выделением водорода, который может быть использован для получения электроэнергии. Работа была проведена в рамках проекта, поддержанного Российским научным фондом, а его результаты были опубликованы в виде статей в журналах Journal of Materials Chemistry A и ChemSusChem, а также - двух статей в журнале ACS Catalysis.

Около 90% химических продуктов получают с помощью катализаторов — веществ, ускоряющих химические реакции. В важных промышленных реакциях в качестве катализаторов часто используют металлы платиновой группы (кроме платины, к ним относятся палладий, иридий, родий, рутений и осмий), главный недостаток которых — высокая цена. Активными центрами таких реакций обычно являются атомы на поверхности наночастиц металла.

Ученые создали катализаторы с моноатомными центрами. Такие центры представляют собой изолированные друг от друга атомы металла, стабилизированные носителем — обычно инертным веществом, на котором находятся активные центры катализатора. Это позволяет эффективно использовать каждый атом металла. В случае прочной связи атома металла с поверхностью носителя катализатор может стабильно работать в течение длительного времени.

Ученые использовали углеродный носитель, состоящий из графеновых фрагментов. На концах таких фрагментов находятся атомы углерода, но в ходе исследования ученые провели модифицирование — они заменили некоторые атомы углерода на атомы азота. Это привело к многократному увеличению выделения водорода при разложении органической муравьиной кислоты (HCOOH), которая может быть относительно легко получена из биомассы.

«Доказано, что модифицирование углеродного носителя (на котором закреплены металлы Pt-группы или меди) азотом ускоряет разложение муравьиной кислоты при контакте с катализатором. В процессе разложения многократно увеличивается выход водорода, который используют для получения электроэнергии. Модифицирование приводит к созданию атомов азота на краях графеновых фрагментов, которые способны надежно удерживать металлы в изолированном атомарном состоянии», — рассказала руководитель проекта Любовь Булушева, главный научный сотрудник Института неорганической химии СО РАН.

В ходе работы ученые использовали различные методы исследования катализаторов, а также квантово-химические расчеты. Обнаружение изолированных атомов стало возможным с помощью электронной микроскопии с атомарным разрешением. Этот метод играет значительную роль в развитии исследований в области катализа моноатомными центрами.

Исследователи полагают, что полученные результаты могут привести к разработке новых, активных и стабильных катализаторов для получения водорода из разных соединений. Ученые надеются расширить диапазон каталитических реакций, которые могут протекать с высокими скоростями на таких катализаторах с изолированными атомами металла, нанесенными на азотсодержащий углеродный носитель, и усовершенствовать методы приготовления указанных систем.

Работа проходила в сотрудничестве с учеными из Университетов Лимерика (Ирландия) и Пармы (Италия), а также Исследовательских центров nanoGUNE (Испания) и SuperSTEM (Великобритания).

Источник: Газета.ру

Мы в соцсетях

Российские ученые смогли увеличить выработку водорода для получения электроэнергии