​Ученые из Института неорганической химии имени А.В. Николаева СО РАН, Института катализа имени Г.К. Борескова СО РАН и Новосибирского государственного университета вместе с иностранными коллегами модифицировали катализаторы, состоящие из металла и графеновых фрагментов, атомами азота.

Это привело к значительному ускорению реакции, сопровождающейся интенсивным выделением водорода, который может быть использован для получения электроэнергии. Работа была проведена в рамках проекта, поддержанного Российским научным фондом, а его результаты были опубликованы в виде статей в журналах Journal of Materials Chemistry и ChemSusChem, а также двух статей в журнале ACS Catalysis (http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acscatal.5b02381 и http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acscatal.6b00476). 

Около 90% химических продуктов получают с помощью катализаторов — веществ, ускоряющих химические реакции. В важных промышленных реакциях в качестве катализаторов часто используют металлы платиновой группы (кроме платины, к ним относятся палладий, иридий, родий, рутений и осмий), главный недостаток которых — высокая цена. Активными центрами таких реакций обычно являются атомы на поверхности наночастиц металла.

Ученые создали катализаторы с моноатомными центрами. Такие центры представляют собой изолированные друг от друга атомы металла, стабилизированные носителем — обычно инертным веществом, на котором находятся активные центры катализатора. Это позволяет эффективно использовать каждый атом металла. В случае прочной связи атома металла с поверхностью носителя катализатор может стабильно работать в течение длительного времени. 

Ученые использовали углеродный носитель, состоящий из графеновых фрагментов. На концах таких фрагментов находятся атомы углерода, но в ходе исследования ученые провели модифицирование: они заменили некоторые атомы углерода на атомы азота. Это привело к многократному увеличению выделения водорода при разложении органической муравьиной кислоты (HCOOH), которая может быть легко получена из биомассы.

«Доказано, что модифицирование углеродного носителя (на котором закреплены металлы платиновой группы или меди) азотом ускоряет разложение муравьиной кислоты при контакте с катализатором. В процессе разложения многократно увеличивается выход водорода, который используют для получения электроэнергии. Модифицирование приводит к созданию атомов азота на краях графеновых фрагментов, которые способны надежно удерживать металлы в изолированном атомарном состоянии», — рассказала руководитель проекта Любовь Булушева, главный научный сотрудник Института неорганической химии СО РАН. 

В ходе работы ученые использовали различные методы исследования катализаторов, а также квантово-химические расчеты. Обнаружение изолированных атомов стало возможным благодаря электронной микроскопии с атомарным разрешением. Этот метод играет значительную роль в развитии исследований в области катализа моноатомными центрами. 

Исследователи полагают, что полученные результаты могут привести к разработке новых, активных и стабильных катализаторов для получения водорода из разных соединений. Ученые надеются расширить диапазон каталитических реакций, которые могут протекать с высокими скоростями на таких катализаторах с изолированными атомами металла, нанесенными на азотсодержащий углеродный носитель, и усовершенствовать методы приготовления указанных систем.​​

Работа проходила в сотрудничестве с учеными из Университета Лимерика (Ирландия) и Университета Пармы (Италия), а также исследовательских центров nanoGUNE (Испания) и SuperSTEM (Великобритания).

Источники

Российские ученые увеличили выработку водорода для получения электроэнергии
Российский научный фонд (рнф.рф), 27/07/2017
Российские ученые увеличили выработку водорода для получения электроэнергии
Российская академия наук (ras.ru), 27/07/2017
Российские ученые увеличили выработку водорода для получения электроэнергии
Новости@Rambler.ru, 27/07/2017
Российские ученые увеличили выработку водорода для получения электроэнергии
Газета.Ru, 27/07/2017
Российские ученые увеличили выработку водорода для получения электроэнергии
Margust (gazeta-margust.ru), 27/07/2017
Российские ученые увеличили выработку водорода для получения электроэнергии
Вся экология (ecoportal.su), 28/07/2017
Российские ученые увеличили выработку водорода для получения электроэнергии | ФАНО России
Федеральное агентство научных организаций (fano.gov.ru), 28/07/2017
Российские ученые увеличили выработку водорода для получения электроэнергии
Ассоциация Инновационных регионов (i-regions.org), 02/08/2017

Похожие новости

  • 17/08/2017

    В новосибирском Академгородке прошла конференция «Графен: Молекула и 2D-кристалл»

    В Новосибирском государственном университете завершилась вторая российская конференция "Графен: Молекула и 2D-кристалл". Ее участниками стали 110 специалистов из России (Москвы, Новосибирска, Санкт-Петербурга, Черноголовки, Дубны, Якутска, Омска, Томск, Кемерово, Красноярска, Екатеринбурга, Улан-Удэ, Уфы, Челябинска), США, Беларуси, Испании, Германии и Великобритании.
    378
  • 20/03/2017

    Институт катализа СО РАН и Лицей № 130 откроют совместную химическую лабораторию

    Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН и Лицей № 130 имени академика М.А. Лаврентьева откроют совместную химическую лабораторию. Учащиеся смогут со школьной скамьи получить опыт работы в настоящей лаборатории под руководством научных сотрудников, решая реальные исследовательские задачи.
    680
  • 10/10/2016

    В Крыму предлагают проводить испытания солнечных батарей

    ​​Фонд "Сколково" мог бы использовать морской экспериментальный полигон в Кацивели На Южном берегу Крыма для испытания нетрадиционных источников энергии. Об этом в Севастополе заявил академик РАН, научный руководитель Института катализа Валентин Пармон, выступая 7 октября на консультативном научном Совете "Сколково" в Севастопольском госуниверситете.
    635
  • 03/03/2017

    Ученые выявили свойства наностенок, которым найдут применение в нефтегазовой отрасли

    ​Ученые из Института неорганической химии (ИНХ) СО РАН и Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) исследовали свойства принципиально новых наноструктур - наностенок и выяснили, что они могут выдержать очень высокие температуры, а также способны излучать ультрафиолет и отталкивать воду.
    517
  • 11/10/2016

    Ученые из ИК СО РАН приняли участие в Международной конференции «ХИМРЕАКТОР-22»

    ​ С 19 по 23 сентября Лондон принимал XXII Международную конференцию по химическим реакторам «Химреактор-22». В работе конференции приняли участие около 200 специалистов из более 30 стран. Широко известная химикам-каталитикам конференция «Химреактор» имеет давнюю историю.
    1390
  • 30/11/2017

    Синтез химиков и физиков

    За одной написанной химической формулой может скрываться сразу несколько различных веществ и структур. Так, оксид железа имеет ряд фаз, и только одна из них позволяет получать магнитные наночастицы для производства, например, более продуктивных жестких дисков.
    91
  • 13/06/2017

    Лауреаты премии имени академика В.А. Коптюга 2017 года

    Премия имени выдающегося ученого академика Валентина Афанасьевича Коптюга, вице-президента Российской академии наук, председателя Сибирского отделения РАН, иностранного члена Национальной академией наук Беларуси учреждена с целью поощрения исследователей Республики Беларусь и Российской Федерации за достижение выдающихся результатов при выполнении совместных научных исследований в рамках межгосударственных программ, а также за совместные научные труды, научные открытия и изобретения, имеющие важное значение для науки и практики.
    488
  • 24/11/2016

    Дни Франции в Институте катализа СО РАН

    С 7 по 9 ноября 2016 года в Институте катализа состоялся очередной российско-французский семинар в рамках международного научного объединения «Каталитическая переработка биомассы в ценные продукты» (МНО «Биомасса» / GDRI "Biomass").
    855
  • 13/07/2017

    Андрей Бочаров посетил филиал Института катализа СО РАН в Волгограде

    ​Губернатор Волгоградской области Андрей Бочаров в ходе рабочей поездки на площадку химического парка "Каустик" посетил Волгоградский филиал Института катализа имени Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН.
    333
  • 16/10/2017

    Директор ИК СО РАН академик Валерий Бухтияров о 13-м Европейском конгрессе по катализу: научные и ненаучные аспекты

    Крупнейший в Европе форум по катализу 13-й Европейский конгресс EuropaCat прошел с 27 по 31 августа во Флоренции, Италия. В работе конгресса приняла участие большая делегация Института катализа СО РАН.
    232