Ученые Томского политехнического университета разработали новый материал-накопитель на основе гидрида магния для безопасного хранения водорода. Использование металлорганических каркасов на основе хрома позволило им понизить температуру, при которой происходит сорбция и десорбция H2. Результаты исследования опубликованы в Journal of Alloys and Compounds.
Металлоорганическими каркасами (metal-organic frameworks, MOF) называют кристаллические пористые материалы из ионов металлов, связанные между собой органическими молекулами. MOF, де-факто, представляют собой кристаллическую структуру, в которой металлы и органика образуют сетку, поры которой могут меняться под воздействием высокой температуры. Благодаря этому внутри MOF можно размещать молекулы сторонних соединений, а затем, при изменении внешних условий, высвобождать их.
Этой особенностью MOF воспользовались ученые Томского политеха, которые разработали материал для хранения водорода из металлоорганических каркасных структур на основе хрома, а также гидрида магния — химического соединения, которое может удерживать водород в связанном химическом виде при температуре в 400 градусов Цельсия. Синтез этих двух компонентов привел к образованию композитного материала, который может удерживать при значительно более низкой температуре (260 градусов Цельсия). Инновация является альтернативой традиционному хранению водорода в сжатом виде и при высоком давлении.
Ученые в ходе эксперимента выяснили, что полученный композит представляет собой структуру типа «ядро-оболочка»: частицы гидрида магния покрыты несоразмерными частицами хрома, что, в свою очередь, определяет ключевые свойства материала.
«Наночастицы хрома, с одной стороны, оказывают каталитический эффект. Проникновение водорода в композит происходит не через поверхность магния, а через частицы хрома поскольку для взаимодействия с ним требуется меньше энергии. Это связано с тем, что происходит снижение энергии диссоциации молекул водорода. С другой стороны, дефекты, сформированные в гидриде магния при совместной механохимической обработке с металлоорганическими каркасными структурами на основе хрома, способствуют улучшению сорбционных и десорбционных свойств композита», — цитирует Томский политех Романа Лаптева, доцента отделения экспериментальной физики Инженерной школы ядерных технологий.
Авторы исследования в дальнейшем планируют еще сильнее снизить температуру, при которой новый материал сможет осуществлять сорбцию и десорбцию водорода. Это должно будет облегчить успешную коммерциализацию разработки.
