Новости

6 февраля, 2024 15:20

Марганцевый катализатор упростит получение водородного топлива

Ученые создали катализатор на основе марганца для получения водорода из амин-боранов — твердых стабильных органических соединений. Такая реакция позволит использовать амин-бораны в «зеленой» энергетике для хранения и транспортировки водородного топлива. Предложенный катализатор в десятки раз эффективнее высвобождает водород, чем большинство известных комплексов на основе благородных металлов. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ) в журнале Chemical Science.
Процесс очистки прекатализатора после синтеза. Источник: Екатерина Гуляева

Водород — перспективный экологически чистый вид топлива. Его использование, в отличие от нефти и природного газа, не приводит к выбросу парниковых газов, а значит не способствует изменению климата. Поскольку водород — это газ, образующий взрывоопасные смеси с кислородом воздуха, чтобы использовать его в энергетике, нужны безопасные системы хранения и транспортировки. В качестве таких систем ученые предлагают использовать простые стабильные органические соединения — амин-бораны, которые состоят из атомов углерода, азота, бора и водорода.

Извлечь из амин-боранов чистый водород можно с помощью металлоорганических катализаторов. Чаще всего они содержат металлы платиновой группы, которые, несмотря на высокую активность, дороги и небезопасны для человека и животных. Поэтому химики ищут альтернативы на основе более дешевых и менее токсичных металлов, таких как марганец, железо, кобальт и никель.


Руководитель проекта Елена Осипова, кандидат химических наук, научный сотрудник. Источник: Екатерина Гуляева

Ученые из Лаборатории гидридов металлов Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова РАН (Москва) с коллегами из Лаборатории координационной химии НЦНИ (Тулуза, Франция) разработали процесс на основе карбенового комплекса марганца для контролируемого выделения водорода из амин-боранов. Эксперименты показали, что новый катализатор в 50 раз активнее существующих аналогов на основе марганца, железа, кобальта и никеля, и в 8 раз активнее соединений платиновых металлов. Кроме того, в отличие от большинства металлоорганических катализаторов, новый комплекс не требует дополнительной активации под действием ультрафиолета или агрессивных веществ.

Затем авторы детально изучили механизм реакции, проследив за тем, как в процессе превращения изменяется количество амин-боранов в растворе. Оказалось, что, в реакционной смеси, активная форма катализатора состоит из двух марганец-содержащих молекул, образовавшихся из общего прекурсора (молекулы-предшественника): одна положительно заряженная, а другая — нейтральная. Эти соединения одновременно взаимодействуют с амин-бораном, в результате чего происходит выделение водорода.


Участник проекта Екатерина Гуляева, аспирант, младший научный сотрудник. Источник: Екатерина Гуляева

«Мы полагаем, метод может быть адаптирован для катализаторов на основе других металлов. Это позволит использовать его для индустриально значимых процессов получения водорода, синтеза лекарственных препаратов, и переработки углекислого газа. Применительно к амин-боранам, наш катализатор внесет вклад в развитие технологий хранения и получения водорода для экологически чистой энергетики», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Екатерина Гуляева, младший научный сотрудник Лаборатории гидридов металлов ИНЭОС РАН.
 Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ
17 апреля, 2024
Создано биоразлагаемое защитное покрытие для титановых имплантатов
Российские ученые разработали биоразлагаемое полимерное покрытие для титановых имплантатов, которое ...
17 апреля, 2024
В СКФУ разработали новые вещества для лечения агрессивных форм рака
Получить более биодоступные и менее токсичные вещества с высокой противораковой активностью удалос...