Томские ученые разработали технологию получения бюджетного катализаторов для синтеза водорода
Ученые Томского политехнического университета разработали новую технологию получения кубического карбида вольфрама высокой чистоты. Этот материал может заменить платиновые катализаторы для получения водородного топлива и тем самым снизить его стоимость.
Водород широко применяется в нефтепереработке и производстве удобрений. Кроме того, это перспективное экологичное топливо, которое при сгорании высвобождает большое количество энергии и образует воду без выделения каких-либо вредных газов. Однако его стоимость остается высокой в том числе потому, что в технологии используются катализаторы из металлов платиновой группы.
Перспективный материал для применения в этой сфере — кубический карбид вольфрама высокой чистоты. Его очень сложно получить в обычных условиях: для синтеза нужна температура около 3000°С и высокая скорость охлаждения. Коллективу ученых под руководством профессора отделения электроэнергетики и электротехники ТПУ Александра Сивкова удалось получить этот материал высокой чистоты (до 95%) благодаря уникальной установке, разработанной в политехе.
Речь идет о коаксиальном магнитоплазменном ускорителе. Он позволяет достичь высокой температуры и стремительного охлаждения при помощи сверхбыстрых плазменных струй. В качестве исходных материалов используются доступные и относительно дешевые порошки вольфрама и технического углерода, которые предварительно помещаются в ускоритель. При истечении плазменной струи в рабочую камеру исходные порошки в ходе плазмохимической реакции превращаются в кубический карбид вольфрама.
По словам доцента отделения электроэнергетики и электротехники ТПУ Ивана Шаненкова, особенности плазмодинамического синтеза (создание сверхбыстрых плазменных струй более 3 км/с, высокая скорость охлаждения, импульсный характер процесса длительностью менее 1 мс) позволяют формировать наноразмерные (менее 70 нм) частицы кубического карбида вольфрама в углеродных оболочках.
«Такие структуры успешно применяются в реакции получения водорода из воды посредством электрокатализа. Это позволит минимизировать использование редких и дорогостоящих благородных металлов платиновой группы», — рассказал Иван Шаненков.
Он отметил, что задачей синтеза композитных материалов на основе кубического карбида вольфрама занимаются несколько научных коллективов по всему миру. Разработка плазмодинамического метода синтеза позволила преодолеть большинство ограничений, связанных с возможностью получения этого материала. Ученые ТПУ совместно с исследователями из Цзилиньского университета и университета Циндао (Китай) подтвердили высокий потенциал применения материала для электрокаталитического получения водорода.
В ближайшем будущем ученые планируют научиться управлять характеристиками материала, чтобы еще больше повысить каталитическую активность материала и полностью отказаться от использования дорогостоящих благородных металлов.
Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Alloys and Compounds (IF: 4,65; Q1).
Ранее сообщалось, что Томский политехнический университет и Центр компетенций НТИ «Новые и мобильные источники энергии» при Институте проблем химической физики РАН (Москва) займутся совместными исследованиями в области водородной энергетики.