Нанокомпозит, созданный новосибирскими химиками, может использоваться для выделения водорода в высокотемпературных каталитических реакторах: он устойчив к агрессивной среде, высоким температурам (до 1 000 oС) и дешевле создаваемых ранее материалов, содержащих палладий. Получение H2 — основа водородной энергетики; он используется, например, в топливных элементах для заправки автомобилей с соответствующим двигателем или любых механизмов с таким источником питания.

Разработка группы исследователей из институтов Сибирского отделения РАН, Новосибирского государственного университета и Новосибирского государственного технического университета представляет собой своеобразный слоеный пирог: на подложку из никель-алюминиевого сплава нанесен тонкий слой протон-проводящей мембраны, покрытый катализатором. Последний обеспечивает быстрое протекание реакции, в результате чего из биотоплива образуется синтез-газ, в состав которого входит водород. Мембрана состоит из наночастиц сложных оксидов вольфрама, ниобия, редкоземельных элементов и металлов: никеля, меди или серебра. Ее преимущество по сравнению с применявшимися ранее соединениями, где использовался барий, в устойчивости к разложению при взаимодействии с водой и углекислым газом. Совмещение наночастиц оксида и металла позволяет использовать те свойства каждого из веществ, которые требуются для 100 % диффузии водорода.

«На поверхности мембраны молекулы водорода разделяются на два протона и два электрона, далее оксид обеспечивает высокую протонную проводимость, а металл — высокую электронную. Когда протон и электрон двигаются в одном направлении, происходит перенос атомов водорода. Соединение частиц сложных оксидов и металлов в единый плотный композит возможно благодаря возникающей между ними координационной связи», — объясняет заведующий лабораторией катализаторов глубокого окисления Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, заведующий совместной лабораторией новых технологий синтеза функциональных наноструктурированных материалов Новосибирского государственного университета, Института катализа СО РАН и Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН доктор химических наук Владислав Александрович Садыков.

Проточная установка по изотопному гетерообмену кислорода 16O на 18О и водорода H на D (дейтерий), углерода 12С на 13 С, использующаяся для тестирования материалов для каталитических мембранных реакторов 

 

Мембрана — это тонкая пленка, очень чувствительная к механическим воздействиям, поэтому для работы в реальных условиях каталитического реактора необходима подложка, устойчивая к истиранию. Ее по заказу ИК СО РАН сделали специалисты Института порошковой металлургии имени академика О.В. Романа Национальной академии наук Беларуси. Она представляет собой пеноноситель из никель-алюминиевого сплава градиентной пористости. Верхний слой подложки плотный, на него наносится и затем припекается при температуре 1 100 °C каталитическая мембрана.

«Пеноносители создавались при помощи определенной методики: сначала слой поролона покрывался никель-алюминиевым сплавом, затем поролон выжигался и оставался пористый материал, размер ячеек которого — несколько миллиметров. Для наших целей пористость постепенно уменьшалась, а верхний слой был сделан плотный, чтобы наносить мембрану», — рассказывает Владислав Садыков.

Сборка одной мембраны занимает около недели, но прежде нужно испытать ее компоненты в условиях, отличных от реакционных, чтобы составить предварительное мнение о проводимости материалов.

«Перед нами стояла задача подобрать материал для изготовления мембраны с оптимальными характеристиками. Мы делали 10—20 вариаций состава, испытывали каждый из них и отбирали наиболее перспективные. Предварительное тестирование состава занимает несколько часов, тогда как синтез самой мембраны требует значительно больше времени. И только после этого можно приступать к испытаниям в условиях реальной реакции», — поясняет младший научный сотрудник ИК СО РАН Алексей Вячеславович Краснов.

По словам Владислава Садыкова, комплексов для выделения водорода, аналогичных разработанному новосибирскими учеными, пока нет. И при наличии финансирования для промышленного внедрения с помощью такого композита можно решить проблему, например, переработки попутных газов на отдаленных или морских месторождениях.

Надежда Дмитриева

Фото автора

Похожие новости

  • 13/03/2017

    Центр энергоэффективного катализа НГУ как воплощение идеи интеграции НГУ и ИК СО РАН

    Научно-образовательный центр энергоэффективного катализа (НОЦ ЭК), созданный Институтом катализа им. Г.К. Борескова СО РАН и Новосибирским государственным университетом при финансовой поддержке Фонда «Сколково», за три года функционирования показал выдающиеся результаты.
    1092
  • 02/01/2019

    Созданы катализаторы для сжигания продуктов газификации твердого топлива

    ​Российские ученые разработали новый композитный катализатор на основе оксидов железа, меди и алюминия и определили его активность. Разработанный катализатор будет использоваться для сжигания продуктов газификации различных видов топлива в кипящем слое.
    452
  • 17/10/2016

    Новосибирские учёные исследуют искусственные наночастицы

    ​Группа специалистов из лаборатории радиоуглеродных методов анализа Новосибирского государственного университета и ряда институтов СО РАН провела исследование с помощью ускорительной масс-спектрометрии, результаты которого убедительно показали — искусственные наночастицы, которых в окружающей атмосфере становится всё больше, очень плохо выводятся из организмов млекопитающих.
    2120
  • 16/06/2016

    Стали известны имена 30 молодых учёных – обладателей премий мэрии Новосибирска

    ​​Координационный совет по поддержке деятельности молодых учёных под председательством мэра Новосибирска Анатолия Локтя определил имена победителей конкурса на соискание премий мэрии в сфере науки и инноваций для молодых учёных и специалистов.
    4676
  • 20/06/2017

    Международная выставка «НТИ ЭКСПО» в Новосибирске

    ​​​Уникальная международная выставка достижений технологического развития "НТИ ЭКСПО" пройдет в рамках V Международного форума технологического развития "Технопром-2017" 20-22 июня в Новосибирске при поддержке правительства РФ, коллегии ВПК, Минпромторга России, Минэкономразвития России, МИДа РФ, правительства Новосибирской области.
    2307
  • 09/11/2016

    Научно-техническая лаборатория «Инжевика» НГУ провела первую профильную смену

    ​Научно-техническая проектная лаборатория «Инжевика», открытая на базе факультета информационных технологий НГУ, провела первую профильную смену-погружение для школьников. Участники смены изучали математику, программирование, робототехнику и собрали полнофункциональный электронный будильник на платформе Arduino.
    2025
  • 30/03/2017

    Первый заместитель Председателя Государственной Думы Александр Жуков высоко оценил перспективы развития научно-образовательного комплекса Новосибирской области

    Перспективные направления развития научно-образовательного комплекса региона были в центре внимания 29 марта в ходе рабочей поездки в Новосибирскую область первого заместителя Председателя Государственной Думы Александра Жукова.
    1574
  • 28/02/2018

    Европейский Центр Синхротронных Исследований включил работу профессора Елены Болдыревой в число лучших по итогам 2017 года

    ​Профессор НГУ Елена Болдырева возглавила международную группу по исследованиям механохимического синтеза с использованием синхротронного излучения in situ в режиме реального времени – исследование отмечено как одно из лучших достижений Европейского Центра Синхротронных Исследований в Гренобле за 2017 год.
    903
  • 08/12/2016

    Новосибирские химики производят уникальные композитные материалы для сжигания топлива

    ​Специалисты Новосибирского государственного университета и институтов СО РАН создают керамометаллические композитные матрицы на основе порошка алюминия, его оксида и сплавов. Эти уже успешно испытанные материалы обладают уникальными характеристиками, в частности, высокой теплопроводностью, и используются для структурированных катализаторов процессов сжигания и трансформации топлив.
    2044
  • 27/02/2018

    Итоги научно-практической конференции Новосибирского научного общества учащихся «Сибирь»

    ​28 февраля в 14.30 в МАУ ДО «Дворец творчества детей и учащейся молодежи «Юниор» (ул. Кирова, 44/1) состоится торжественная церемония награждения по итогам XXXVII Городской открытой научно-практической конференции Новосибирского научного общества учащихся «Сибирь».
    1487