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

  • 10/04/2019

    Российские ученые нашли лучший катализатор для добычи энергии из отходов

    Российские ученые определили состав катализатора, наиболее эффективно ускоряющего процесс экологически чистого получения энергии из отходов, результаты работы, которые могут найти практическое применение в промышленности, опубликованы в престижном международном журнале Catalysis Letters.
    381
  • 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.
    2262
  • 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.
    577
  • 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.
    4946
  • 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.
    2501
  • 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.
    1215
  • 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.
    2209
  • 09/04/2019

    Сибирские ученые оптимизируют работу электронных дисплеев органическими полупроводниками

    ​Ученые Новосибирского государственного университета (НГУ) займутся исследованием свойств органических полупроводников (материалов, используемых в электронике), чтобы повысить эффективность используемых сейчас электронных дисплеев, сообщил ТАСС руководитель лаборатории органической оптоэлектроники НГУ Евгений Мостович.
    271
  • 25/05/2017

    Большой адронный коллайдер возобновил сбор данных

    На Большом адронном коллайдере (БАК) закончились технические работы и модернизация — он возобновил сбор данных, в трех экспериментах на коллайдере участвуют исследователи НГУ и ИЯФ СО РАН. Планируемая остановка на технические работы на БАК случается в начале каждого года.
    1626
  • 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.
    2142