Ученые из Института катализа Сибирского отделения (СО) РАН смогли ускорить получение водорода из муравьиной кислоты с помощью модифицированных азотом углеродных наноматериалов. Инновация позволила сократить продолжительность реакции в пять раз и при этом практически полностью устранить примеси «на выходе». Результаты исследования были вынесены на обложку научного журнала Diamond and Related Materials.
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.
Ученые 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 счет этого метода мы смогли увеличить скорость реакции в пять раз (до ~ 0,5 с-1 при 125°C) — 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%», — цитирует Институт катализа СО РАН доктора химических наук Ольгу Подъячеву.
Авторы сейчас исследуют разложение муравьиной кислоты в жидкой среде при комнатной температуре — в таких условиях получение водорода может стать экономически более целесообразным.
