Новости науки 01.02.02. Хранение водорода в углеродных наносферах.

В связи с работой над созданием экологически чистых транспортных средств в последние годы идет активное изучение способности углеродных нанотрубок и схожих структур захватывать и хранить водород. Ученые из США и Китая провели исследование накопления водорода в образцах наноструктур сферической формы и обнаружили, что удается довести долю сорбированного водорода до 8 весовых процентов.

На разработку экологически чистых автомобилей брошены большие силы. Во многом это связано с политикой правительств некоторых стран или отдельных территорий по законодательному урегулированию вопросов производства и использования транспортных средств. Например, в штате Калифорния принята программа, которая обязывает производителей автомобилей, начиная с 2003 года, оснащать 10% всех новых автомобилей двигателями с нулевым выбросом вредных веществ, а в Исландии разрабатывается программа, предусматривающая полное исключение использования автомобилей с двигателями внутреннего сгорания к 2030 году. Исследования идут по многим направлениям, в том числе и достаточно экзотическим (так, в Техасе разработан криогенный автомобиль ), однако наиболее интенсивно идут работы по созданию автомобилей на водородном топливе. Одной из главных проблем является хранение водорода в топливном баке: чтобы обеспечить пробег автомобиля на одной заправке более 500 км при разумном объеме топливного бака, требуются большие давления, что увеличивает риск взрыва. Возможный путь решения проблемы - использование веществ, способных поглощать и хранить водород.

Одним из кандидатов на роль удобного "хранилища" являются углеродные наноструктуры. В качестве достаточной сорбционной емкости вещества фирма General Motors, например, называет 10 весовых процентов. Многие исследователи сообщают об обратимом накоплении водорода в углеродных нанотрубках в количестве до 8 %, но в целов данные по сорбции углерода в нанотрубках достаточно противоречивы. Ученые из института физики Академии наук Китая и университета Баффало провели исследование накопления углерода в углеродных наноструктурах сферической формы, имеющих, в отличие от нанотрубок, достаточно относительно большой внутренний объем.

Полимеризованные наносферы из углерода с небольшой примесью азота были получены на кремниевой подложке из смеси углерода с метаном методом СВЧ плазмохимического напыления. После синтеза наносферный материал подвергался кратковременному травлению в азотной плазме для очистки, затем наносферы отделялись от подложки в 37 % растворе соляной кислоты в течении 12 часов. Характеризация получившихся наноструктур методом просвечивающей электронной микроскопии показала, что получившийся в результате материал представляет собой полусферы диаметром 15 - 50 нм. Электронная спектроскопия позволила установить, что концентрация азота в структурах достигает 10 %.

Для насыщения водородом наносферные образцы массой 10 мг помещались в вакуумную камеру, в которой при вакууме 10^-7 Торр они предварительно осушались, а затем в камеру вводился высокочистый (99.999 %) водород при атмосферном давлении; образцы выдерживались в такой атмосфере при 300 С в течении 4 часов. Затем исследовалась десорбция водорода, которая происходила при температуре выше комнатной и достигала максимальной скорости при 230 С. Эксперименты показали, что удается достигнуть накопления водорода в наносферах в количестве 8 весовых %; в качестве механизма поглощения водорода авторы называют хемисорбцию. Стоит отметить, правда, что после 10 циклов адсорбции-десорбции сорбционная способность материала снижалась на 15 %.

перейти к началу страницы