Институт катализа СО РАН повысил скорость реакции получения водорода из муравьиной кислоты

Ученые ФИЦ "Институт катализа СО РАН" разработали способ получения водорода из муравьиной кислоты с помощью модифицированных азотом углеродных наноматериалов. Он позволил повысить скорость реакции в пять раз и добиться практически полной селективности по водороду, составляющей 99,4%.
Специалисты ФИЦ "Институт катализа СО РАН" работают над различными способами получения азотсодержащих углеродных наноматериалов, исследуют их физико-химические и каталитические свойства. Ученые успешно синтезируют азотсодержащие углеродные нановолокна со структурами "рыбья кость" или "колода карт", а также бамбукоподобные нанотрубки.
Специалисты в своей работе используют два основных подхода к синтезу азотсодержащих углеродных наноматериалов. В первом случае азот встраивается в углеродную структуру непосредственно в ходе роста самого материала и равномерно распределяется по всему объему. Во втором случае гетероатом с помощью постобработки встраивается преимущественно во внешние графеновые слои исходного углеродного материала.
Азотсодержащие углеродные наноматериалы используют в качестве эффективных носителей для получения стабильных нанесенных катализаторов с мономолекулярной или атомарной дисперсностью. Высокодисперсные металлические катализаторы проявляют высокую активность в различных важных процессах, включая разложение муравьиной кислоты. Эта реакция важна при эффективном получении водорода для топливных элементов. Ученым удалось достичь рекордного роста скорости реакции в газофазной среде при температурах ниже 150 ^oС.
Благодаря методу постобработки можно 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 удалось увеличить скорость реакции в пять раз, получив самое высокое значение для такого типа катализаторов. Селективность по водороду составила 99,4%. В случае использования обычных углеродных наноматериалов этот показатель не превышает 98%.
В настоящее время ученые исследуют разложение муравьиной кислоты в жидкой среде при комнатной температуре. Использование этой кислоты, синтезированной из возобновляемых источников, и проведение реакции при комнатной температуре делают процесс получения водорода более энергоэффективным и экономически целесообразным. Получаемый водород без примесей монооксида углерода может в перспективе применяться в процессах, которые разрабатывают в Центре компетенций НТИ "Водород как основа низкоуглеродной экономики".

Источник: Институт катализа СО РАН