12 января 2022

Палладиево-иридиевые "наноконфеты" - инновационный метод хранения водородного топлива

Водород уже давно считается одним из видов перспективных энергоносителей, экологически чистым видом топлива для автомобилей, самолетов, поездов и морских судов. Однако, технологии хранения водорода все еще крайне дороги, этот газ должен быть сохранен в герметичных резервуарах под высоким давлением или же он должен быть превращен в жидкость путем охлаждения до -253 градусов Цельсия. Оба упомянутых выше метода требуют значительных дополнительных затрат энергии, что и обуславливает их дороговизну.

Группа исследователей из немецкой исследовательской организации Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) предложила альтернативный способ хранения водорода при помощи крошечных палладиевых наночастиц, диаметром 1.2 нанометра. Тот факт, что палладий способен впитывать водород, словно губка, известен ученым очень давно, но извлечение поглощенного газа все еще является проблемой и требует нагрева материала до достаточно высокой температуры. "Мы же предлагаем использовать крошечные наночастицы" - пишут исследователи, - "Весь водород будет скапливаться на их поверхности, а не в объеме, и извлечь его будет достаточно просто".

Для обеспечения крепления к подложке и стабилизации палладиевых частиц используется своего рода "ядро", наночастица из другого драгоценного металла, иридия, которая прикрепляется к графеновому основанию. "Мы расположили иридиевые наночастицы на графене с шагом всего в два с половиной нанометра" - пишут исследователи, - "При этом, получилась упорядоченная структура, напоминающая конфеты, лежащие в углублениях в коробке".

Конфеты были упомянуты выше не случайно. Наблюдения, проведенные при помощи источника рентгеновского излучения PETRA III, показали, что при контакте с водородом, образуется структура, весьма похожая на шоколадную конфету. Внутри находится ядро "ореха" из иридия, вокруг которого, словно оболочка марципана, располагаются палладиевые наночастицы. И все это покрыто слоем молекул водорода, словно шоколадной оболочкой.

Извлечение водорода из такого хранилища достаточно простое - для этого требуется лишь незначительное повышение температуры, и молекулы водорода легко отделяются от поверхности палладиевых наночастиц. Выделенный газ можно отвести и использовать для сжигания в цилиндрах двигателя или на топливных элементах.

"Сейчас мы собираемся выяснить, какое количество водородного газа может быть сохранено таким способом" - пишут исследователи, - "Так же существует вероятность, что другие формы углерода, а не только графен, могут являться более подходящими носителями для наночастиц. Сейчас мы рассматриваем возможность использования губчатых форм углерода, в которых содержится множество крошеных пор, в которые можно будет загрузить значительное количество палладиевых наночастиц. Это, в свою очередь, позволит отказаться от использования дорогостоящего графена и иридия".