Исследователи ФИЦ «Институт катализа СО РАН» разработали технологию, с помощью которой можно будет повысить скорость реакции и добиться практически полной селективности по водороду.

• Инновационный способ получения водорода, созданный учеными, предполагает получение этого элемента из муравьиной кислоты с помощью модифицированных азотом углеродных наноматериалов.

Синтезированием азотсодержащих углеродных наноматериалов исследователи занимаются не первый раз. В своей работе они опираются на два подхода:

• Азот встраивается в углеродную структуру непосредственно в ходе роста самого материала и равномерно распределяется по всему объему.

• Гетероатом с помощью постобработки встраивается преимущественно во внешние графеновые слои исходного углеродного материала.

Азотсодержащие углеродные наноматериалы используют в качестве носителей для получения стабильных нанесенных катализаторов с мономолекулярной или атомарной дисперсностью. Активность, проявляемая высокодисперсными металлическими катализаторами особенно важна в разложении муравьиной кислоты для эффективного получения водорода.

• В разработке новой технологии ученые достигли рекордного роста скорости реакции в газофазной среде при температурах ниже 150°С.

«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°С) — это самое высокое значение скорости газофазной реакции для такого типа катализаторов. Также мы достигли увеличения селективности по водороду в 99.4%. Да, это не 100%, к которым все стремятся, но в случае использования обычных углеродных наноматериалов она не превышает 98%». (Ольга Подъячева, автор исследования, ведущий научный сотрудник Отдела гетерогенного катализа Института катализа СО РАН, д.х.н.)

Сейчас исследование ученых сосредоточено на разложении муравьиной кислоты в жидкой среде при комнатной температуре. По мнению экспертов. такой процесс получения водорода более энергоэффективный и экономически целесообразный. Водород, созданный на основе муравьиной кислоты, синтезированной из возобновляемых источников, отличается отсутствием примесей монооксида углерода. В будущем такой водород найдет применение в процессах низкоуглеродной экономики.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0925963523000961?via%3Dihub