Изображение пластин MoSSe (молибден, сера и селен). Фотография со сканирующего электронного микроскопа. Фото: Александр Орешонков / ФИЦ КНЦ СО РАН
Российские ученые совместно с коллегами из Германии разработали новый простой метод создания катализаторов на основе молибдена и вольфрама с добавлением серы и селена, показавший высокую эффективность при получении водорода из воды при помощи электрического тока. Результаты опубликованы в журнале Journal of Alloys and Compounds.
В основе технологии — масштабируемый способ синтеза слоистых материалов: сплавов, в которых молибден, сера и селен (MoSSe), а также вольфрам, сера и селен (WSSe) образуют упорядоченные плоскости. Исследователям удалось синтезировать микронные и наноразмерные пластины этих материалов толщиной в одну кристаллическую ячейку. Такие тонкие материалы, по словам ученых, обладают уникальными свойствами, потому что электроны в них ведут себя иначе, чем в объемных материалах.
Благодаря нулевому углеродному следу водород сегодня все чаще рассматривается как альтернатива углеродному топливу. Переход на водород называют светлым будущим энергетики. С каждым годом H2 и его переделы становятся все более востребованным товаром. Ожидается, что к 2050 г. мировая потребность в водороде составит около 0,5 млрд т в год.
Новое решение, предложенное учеными, позволяет сделать процесс получения водорода более простым и дешевым, в отличие от методов, основанных на использовании дорогостоящих благородных металлов, например платины.
«Для изготовления слоистых материалов MoSSe и WSSe мы применили простой метод прямого синтеза в ампулах. Для этого молибден или вольфрам, сера и селен смешивались и запаивались в кварцевые ампулы. После этого образцы подвергались многостадийному нагреву по специальному протоколу, в результате чего в слоях формировалось хаотичное распределение атомов серы и селена. В итоге получается “бутерброд” — слой сера/селен, затем слой из атомов молибдена или вольфрама, а потом опять слой сера/селен. Эти “бутерброды” накладываются друг на друга и образуют многослойную структуру катализатора. Преимущество этого метода заключается в его простой реализации и возможности масштабирования для промышленного производства», — рассказал пресс-службе Красноярского научного центра Сибирского отделения РАН руководитель исследования, научный сотрудник Института физики им. Л.В. Киренского кандидат физико-математических наук Александр Орешонков.
Нанопластина WSSe (вольфрам, сера и селен ). Фото: Александр Орешонков / ФИЦ КНЦ СО РАН
Александр Орешонков также поделился подробностями исследования с корреспондентом «Научной России». Он рассказал о том, за какую часть работы отвечали российские специалисты, а за какую ― немецкие, и сообщил о ближайших планах научной группы и сложностях, с которыми пришлось столкнуться в ходе эксперимента.
«Синтезирование образцов, с которыми мы работали, было выполнено в России. Тестовые эксперименты и полная выработка режимов синтеза была проведена в Гиссенском университете им. Юстуса Либиха во время научной стажировки соавтора работы Юрия Денисенко (к.х.н., Тюменский государственный университет). Профессора Мюллер-Бушбаума идея работы с данными материалами заинтересовала и были проведены плодотворные обсуждения. Так и родилась эта кооперация. В Красноярске выполнили рентгеноструктурный анализ. После того, как специалисты убедились, что синтезированы нужные составы, были выполнены эксперименты по расслоению полученных порошков до наноразмерных пластин. Фотографии нанопластин были получены с помощью сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии также в Красноярске. Кроме того, в Красноярске выполнялось численное моделирование некоторых свойств полученных соединений. Электрохимические исследования были выполнены в Москве, соавтором работы д.х.н., Станиславом Евлашиным, в Центре технологий материалов Сколковского института науки и технологий. <…> В настоящее время мы продолжаем заниматься разработкой материалов, которые могут быть использованы в качестве катализаторов для разложения воды. Синтезированы образцы других химических составов, также нами прорабатываются варианты уменьшения времени синтеза катализаторов, что важно для промышленного производства. <…> Самый сложный этап в этом исследовании — подбор условий синтеза материалов. Попытки, несущие неудовлетворительные результаты, есть всегда».
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
