Российские учёные смогли ускорить получение водорода из муравьиной кислоты с помощью модифицированных азотом углеродных наноматериалов. Инновация специалистов из Института катализа Сибирского отделения (СО) РАН позволила в пять раз сократить продолжительность реакции и практически полностью устранить примеси «на выходе».
Разработка стала результатом более общих исследований по получению азотсодержащих углеродных наноматериалов, т.е. объектов размером от 1 до 100 нанометров (миллиардной части метра), основой которых является углерод. Наиболее известным наноуглеродным материалом является графен, который можно использовать для изготовления электродов суперконденсаторов, востребованных в электротранспорте и бытовой электронике.
Учёные из Института катализа СО РАН применяют два подхода к синтезу азотсодержащих углеродных наноматериалов: азот встраивается либо в углеродную структуру растущего наноматериала (что обеспечивает его равномерное распределение), либо во внешние графеновые слои. Получаемые азотсодержащие материалы используются для создания высокодисперсных – т.е. состоящих из множества частиц – катализаторов, которые играют важную роль в реакции разложения муравьиной (метановой) кислоты. В результате образуется водород. Ученым из Института катализа СО РАН удалось резко ускорить протекание реакции в газофазной среде при температуре менее 150 градусов Цельсия.
«Благодаря методу постобработки мы можем значительно увеличить плотность азотных центров во внешних графеновых слоях углеродных нанотрубок. На этих центрах эффективно закрепляется высокодисперсный палладий в виде наночастиц размером 1 нм и множества отдельных атомов. Кроме того, в ходе постобработки формируются дополнительные поверхностные аминные группы, которые важны для протекания реакции. За счёт этого метода мы смогли увеличить скорость реакции в пять раз (до ~ 0,5 с-1 при 125 °С) — это самое высокое значение скорости газофазной реакции для такого типа катализаторов. Также мы достигли увеличения селективности по водороду до 99,4 %. Да, это не 100 %, к которым все стремятся, но в случае использования обычных углеродных наноматериалов она не превышает 98%», – комментирует доктор химических наук Ольга Подъячева.
Авторы сейчас исследуют разложение муравьиной кислоты в жидкой среде при комнатной температуре – в таких условиях получение водорода может стать экономически более целесообразным.
Фото: Институт катализа СО РАН
Источник: Глобальная энергия
