Новости

3 февраля, 2023 12:51

Ученые сделали катализатор для водородной энергетики устойчивее к высоким температурам

Химики усовершенствовали гибридные слоистые соединения дисульфида молибдена — перспективные катализаторы для производства водорода. Исследования показали, что в них каталитически активная форма дисульфида молибдена стала гораздо устойчивее и сохраняет свойства при повышенной температуре. Это поможет улучшить эффективность выделения водорода из воды и будет способствовать продвижению водородной энергетики. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в International Journal of Hydrogen Energy.
Источник: macrovector/Freepik
Водород — это возобновляемый и чистый источник энергии, который рассматривают как основу перспективных технологических процессов. Наиболее экологичный способ его получения, не вызывающий выделения углекислого газа в атмосферу, — электролиз, то есть разложение молекул воды под действием электрического тока. Для его проведения требуются электрокатализаторы, значительно ускоряющие химические процессы. Лучший из них — достаточно дорогая металлическая платина. В настоящее время в мире идет интенсивный поиск более дешевых альтернатив, и один из самых активных и доступных материалов — дисульфид молибдена MoS2, однако высокую каталитическую активность проявляет только одна из его структурных модификаций. Проблема в том, что даже при нагреве до 80°С, практически неизбежном в промышленных условиях, она переходит в малоактивную. Поэтому ученые ищут способы повышения устойчивости активной формы дисульфида молибдена для улучшения его каталитических свойств.

Ученые из Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова Российской академии наук (Москва) совместно с коллегами из Новосибирского государственного университета и Института катализа имени Г. К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (Новосибирск) приблизились к решению проблемы и показали, что можно существенно увеличить устойчивость нужной структурной модификации, обеспечив присутствие на монослоях материала отрицательного заряда. Кристаллическая решетка MoS2 построена из слоев S-Mo-S трехатомной толщины. Внутри этих слоев атомы молибдена и серы соединены ковалентными химическими связями, а связь самих слоев друг с другом осуществляется за счет ван-дер-ваальсовых взаимодействий — сил межмолекулярного взаимодействия более слабых, чем химическая связь. Такое строение дает возможность разделять кристаллы MoS2 на отдельные слои, а также получать системы, в которых чередуются слои MoS2 и другие компоненты — наподобие сэндвича. Исследователи так и сделали: встроили между слоями анионов дисульфида молибдена «начинку» из органических катионов, прочно связанных с сульфидными слоями благодаря электростатическим и нековалентным взаимодействиям. Однослойная водная дисперсия MoS2 была получена из LiMoS2, а сборку отслоившихся от LiMoS2 анионов (MoS)x- и органических катионов проводили в жидкой среде при комнатной температуре.

Процесс получения катализатора. Источник: Goloveshkin et al. / Int. J. Hydrog. Energy, 2022

Эксперименты продемонстрировали, что встроенные органические прослойки обеспечивали длительную активность катализатора за счет сохранения нужной структуры. Испытание образцов катализаторов показало почти неизменную активность при разложении воды как минимум в течение 1000 циклов при непрерывной работе. Некоторые образцы были устойчивы даже при температурах 150-200°С. Исследование позволит улучшить эффективность катализа получения водорода.
«Мы надеемся, что данные, полученные в этом исследовании, помогут найти новый подход к дизайну катализаторов на основе MoS2 для производства водорода без выброса углекислого газа», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Александр Голубь, кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории рентгеноструктурных исследований ИНЭОС РАН.
Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ
23 марта, 2023
Строение определило взаимодействие препарата против ВИЧ ламивудина с другими молекулами
Лекарственный препарат ламивудин, который применяют при лечении гепатита B или ВИЧ, образует разные ...
22 марта, 2023
В Западной Сибири нашли палеолитическую «матрешку» из костей песца и мамонта
Археологи обнаружили в Западной Сибири своеобразную «матрешку» из костей животных возрастом 23 тысяч...