“Нано-шоколад” для зберігання водню: інноваційний енергоносій майбутнього

На фото: Наночастинки паладію (зелені), стабілізовані іридієм (червоний). Водень може накопичуватися на їх поверхні, як шоколадна глазур, і знову вивільнятися при нагріванні.

Інноваційний підхід може перетворити наночастинки в резервуари для зберігання водню. Водень вважається перспективним енергоносієм для майбутнього, який міг би забезпечити екологічно чисте паливо для літаків, кораблів і вантажівок, а також дозволити екологічно чисте виробництво сталі та цементу – залежно від того, як газоподібний водень генеруватиметься. На сьогоднішній день зберігання водню є дорогим: газ потрібно або тримати в герметичних резервуарах під тиском до 700 бар, або потрібно зріджувати, охолоджуючи до мінус 253 градусів Цельсія. Обидві процедури споживають багато енергії.

Команда під керівництвом Андреаса Стірле з DESY заклала основи альтернативного методу зберігання водню в крихітних наночастинках з дорогоцінного металу паладію, діаметром всього 1,2 нанометра. Той факт, що паладій може поглинати водень, як губка, відомий віддавно. «Однак досі зберігання водню становить проблему», – пояснює Стірле.

Щоб крихітні наночастинки були достатньо міцними, їх стабілізують ядром з рідкісного дорогоцінного металу іридію. Крім того, вони прикріплені до графенового носія, надзвичайно тонкого шару вуглецю. «Ми можемо прикріпити частинки паладію до графену з інтервалом всього два з половиною нанометри», — повідомляє Стірле, який є керівником DESY NanoLab. «Це призводить до утворення регулярної періодичної структури». Команда, до якої також входять дослідники з університетів Кельна та Гамбурга, опублікувала свої висновки в журналі ACS Nano Американського хімічного товариства (ACS).

Джерело рентгенівського випромінювання DESY PETRA III було використано для спостереження за тим, що відбувається, коли наночастинки паладію контактують з воднем: по суті, водень прилипає до поверхні наночастинок, майже не проникаючи всередину. Наночастинки можна представити, як шоколадні цукерки: іридієвий горіх у центрі, обгорнутий шаром паладію, а зовні покритий воднем. Все, що потрібно для відновлення накопиченого водню, – це додавання невеликої кількості тепла; водень швидко виділяється з поверхні наночастинок, тому що молекулам газу не потрібно виштовхуватися зсередини кластера.

«Далі ми хочемо з’ясувати, якої густини зберігання можна досягти за допомогою цього методу», – каже Стірле. Однак, перш ніж перейти до практичного застосування, потрібно подолати деякі проблеми. Наприклад, інші форми вуглецевих структур можуть бути більш придатними носіями, ніж графен – експерти розглядають можливість використання вуглецевих губок, що містять крихітні пори. Велика кількість наночастинок паладію повинна поміститися в них.

Першоджерело: https://scitechdaily.com/nano-chocolates-that-store-hydrogen-innovative-energy-carrier-of-the-future/

Reference: “Hydrogen Solubility and Atomic Structure of Graphene Supported Pd Nanoclusters” by Dirk Franz, Ulrike Schröder, Roman Shayduk, Björn Arndt, Heshmat Noei, Vedran Vonk, Thomas Michely, and Andreas Stierle, 11 October 2021, ACS Nano. DOI: 10.1021/acsnano.1c01997

Інформацію підготував Назарій Данилюк (провідний фахівець центру, аспірант 1 року навчання спеціальності 102 Хімія)

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься.