Реферат: Создание и широкое распространение малоразмерных источников энергии на основе топливных элементов, которые набирают все большую популярность для обеспечения работы портативной техники, невозможно без разработки компактных систем хранения и генерации водорода. Боргидрид натрия (NaBH4) является одним из наиболее перспективных водородгенерирующих материалов благодаря высокому содержанию водорода (10,8 мас.% или 112 кг·м–3), коммерческой доступности, стабильности при хранении, высокой растворимости в воде (14,5 моль/л при 25 °С) [1]. Его каталитический гидролиз обеспечивает контролируемое и безопасное выделение Н 2 при температурах окружающей среды (-40...+60 °С). NaBH4 + 4H2 O → NaB(OH)4 + 4H2↑ ∆H298K = 299 кДж/моль В настоящее время идёт интенсивный поиск активных и стабильных катализаторов данного процесса. Наибольшее внимание исследователей сконцентрировано на кобальте, который характеризуется высокой каталитической активностью и приемлемой ценой [2]. Данная работа посвящена синтезу магнитоотделяемях катализаторов гидролиза боргидрида натрия на основе кобальта методом гальванического замещения с использованием микропорошка алюминия в качестве темплата. Данный метод в последнее время стал активно исследоваться для получения катализаторов [3], однако его потенциал для синтеза катализаторов гидролиза NaBH4 практически не изучен. В результате проведенного исследования были оптимизированы условия получения наиболее активных каталитических композиций. Установлено, что Со(асас)3 в качестве исходного соединения кобальта является более перспективным по сравнению CoCl2 и CoSO4 , при этом в среде этанола формируются более активные катализаторы, чем в водном растворе. Ультразвуковая обработка обеспечивает значительное сокращение времени синтеза. С помощью методов химического анализа, РФА и СЭМ было показано, что формирующиеся частицы имеют средний размер ∼ 45 мкм и состоят из алюминиевого ядра, покрытого оболочкой металлического кобальта (г.п.у.) с толщиной ∼ 3 мкм (Рис. 1). Показано, что обработка катализаторов раствором NaOH позволяет удалить из их состава оставшийся алюминий и сформировать полые оболочки из металлического кобальта (Рис. 1). При этом наблюдается увеличение каталитической активности в 1,8 раз. Рис. 1. Микрофотографии СЭМ исходного порошка алюминия, а также синтезированного на его основе кобальтовых и платино-кобальтового катализаторов. Для усиления каталитических свойств полученные полые микрооболочки металлического кобальта были модифицировали слоем платины путем их гальванического замещения в водном растворе H 2PtCl 6. В результате, согласно данным РФА и СЭМ, имело место равномерное закрепление платины на поверхности кобальта (Рис. 1), магнитные свойства которого обеспечивают легкое отделение катализатора из реакционной среды с помощью магнита и его повторное использование. Также было показано, что платина улучшает стабильность кобальтовых катализаторов при хранении. Добавление всего 0,2 ат.% Pt повышает каталитическую активность в 1,6 раза. При дальнейшем добавлении до 19 ат.% Pt наблюдается линейный рост активности до 5,2 раза. Введение большего количества Pt не оказывает такого существенного эффекта. Проведение ресурсных испытаний показало, что синтезированные катализаторы характеризуются высокой стабильностью. При этом по данным РФЭС, в ходе гидролиза NaBH4 с ними протекают несколько процессов – 1) адсорбция на их поверхности продуктов гидролиза – боратов натрия; 2) частичное восстановление кобальтовой поверхности in situ под действием NaBH4 с образованием высокоактивных фаз Со хВ и, вероятно, Со(ВО 2)2 ; 3) унос с поверхности части платины в случае образцов с её высоким содержанием. Так, скорость выделения водорода после 10 циклов непрерывных испытаний полых сфер кобальта и низкоплатинового Pt0,2Co99,8 и удаления с их поверхности боратного слоя не уступает исходной величине. Благодарности: Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках Государственного задания No 0239-2021-0007 (АААА-А21-121011390006-0).

Библиографическая ссылка: Озерова А.М. , Комова О.В. , Симагина В.И. , Муха С.А. , Нецкина О.В.
Твердофазные источники водорода на основе боргидрида натрия: синтез магнитоотделяемых Co и Co@Pt катализаторов методом гальванического замещения
Конференция Центра компетенций НТИ "Водород как основа низкоуглеродной экономики" 27 нояб. - 2 дек. 2022