Физики из Троицка изучили материал, способный адсорбировать водород в значительных количествах, намного превышающих критерии Министерства энергетики США. В перспективе открытие может быть полезно для более выгодной транспортировки водорода, который становится всё более популярен в качестве альтернативного топлива.
Водород многие называют топливом будущего. Он энергетически эффективен и при сгорании выделяет воду, а не вредный для экологии планеты углекислый газ. Космическая система «Шаттл» уже использует водород как топливо для блоков разгона. Применяется водород и для запуска ракеты-носителя «Энергия», предназначенной для доставки на орбиту сверхтяжёлых грузов. Компания Boeing построила и успешно испытала первый в мире пилотируемый самолёт на водородных топливных элементах. C 2001 года развитые страны принимают крупные государственные программы в области водородной энергетики. Кроме того, многие отрасли промышленности используют водород для очистки нефти и для синтеза аммиака и метанола.
Транспортируется водород в баллонах в газообразной или жидкой форме, что невыгодно для широкого коммерческого использования. Поэтому учёные ищут новые материалы, способные эффективно аккумулировать водород. Изначально внимание физиков привлекли углеродные наноструктуры – фуллерены, графен, нанотрубки. Их преимущество – в малом весе и большой удельной площади поверхности. Однако вскоре выяснилось, что водород слишком слабо взаимодействует c углеродной поверхностью. Это не позволяет применять в водородной энергетике чисто углеродные наноструктуры.
Был предложен выход – использовать структуры с адсорбированными на них атомами металлов. Они играют роль сорбента для молекул водорода, а углеродные наноматериалы служат для них основой. Таким образом, уменьшение в размере материала основы увеличит плотность адсорбции водорода. Следует также заметить, что ограничивающим фактором в выборе основы является не только малый вес, но и запрет на кластеризацию атомов металла. Например, они легко слипаются на углеродной поверхности, что значительно снижает эффективность поглощения.
Научные сотрудники московского ФГБНУ «Технологический институт сверхтвёрдых и новых углеродных материалов» (ТИСНУМ) рассмотрели в качестве возможного сорбента для водорода двумерный материал графан с присоединёнными атомами щелочных металлов.
Графан был впервые синтезирован путём гидрирования графена – особой формы углерода, представляющей собой лист толщиной в один атом. За открытие графена Андрей Гейм и Константин Новосёлов в 2010 году получили Нобелевскую премию. Структура графана – это лист графена с адсорбированными атомами водорода на каждом атоме углерода. При этом свойства графана и графена значительно отличаются друг от друга из-за разного типа связи между атомами углерода.
Источник: wordscience.org
