Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис.1. TEM-изображения полученных наночастиц (a) Pd и (b) Pd/Pt.
Рис.2. Изотерма "давление-состав" для наночастиц Pd (синяя линия) и Pd/Pt (красная линия).
Рис.3. РФА полученных порошков наночастиц (a) Pd и (b) Pd/Pt при сорбции/десорбции водорода при 303K. (c) Изменение параметров решётки наночастиц палладия(чёрная линия: сплошные точки – сорбция, полые – десорбция) и Pd/Pt (красная линия – палладий, синяя линия – платина).
Рис.4. ЯМР спектры сорбированного дейтерия для наночастиц (a) Pd/Pt, (b) Pt и (c)Pd, полученные при давлении дейтерия 86.7 кПа и температуре 303К; (d) ЯМР спектр дейтерия при температуре 303К.
Рис.5. Изображение наночастицы Pd/Pt (зелёным обозначены молекулы H2).

Где любит прятаться водород?

Ключевые слова:  альтернативная энергетика, материаловедение, наночастица, палладий, платина, хранение водорода

Опубликовал(а):  Смирнов Евгений Алексеевич

11 мая 2008

На сегодняшний день огромное внимание научной общественности приковано к созданию водородных "хранилищ" на основе металлических наночастиц благодаря тому, что сорбционные свойства сильно зависят от электронного состояния атомов металла, а в нанодисперсном состоянии они разительно отличаются от свойств объёмного материала. Так, в ряде работ было показано, что платина в наноразмерном состоянии проявляет высокую способность сорбировать водород, тогда как наночастицы палладия ухудшают свои сорбционные свойства.

Недавно были синтезированы наночастицы "ядро-оболочка" на основе платины и палладия (рис.1) и изучены их сорбционные свойства. Как оказалось, в количественном отношении полученный материал аналогичен объёмному палладию (рис.2), однако имеется ряд отличий. Исходя из данных РФА, зависимости параметров решётки от давления (рис.3) и измерения абсорбции дейтерия с помощью ЯМР (рис.4) было предположено, что водород сорбируется в основном на границе ядра и оболочки без увеличения параметров решётки (рис.5), что совершенно отличается от чистого палладия.

По всей видимости, данные результаты свидетельствуют о том, что связывание в интерфейсной области между двумя слоями играет существенную роль при образовании гидридной фазы наночастиц Pt/Pd. Вероятно, что исследование подобного рода эффектов позволит создать целый ряд новых материалов для хранения водорода с высокой ёмкостью.




Комментарии
Спасибо за интересную статью о водородной энергетике!
Интересно, а что будет, если атомы лёгкого водорода в эксперименте заменить на тяжёлый дейтерий? Атомы дейтерия — наиболее важные меченые атомы. Их, направляют химики в исследуемые реакции, чтобы проследить за ее ходом. В наши дни возникла и быстро развивается самостоятельная область науки — химия изотопного обмена. Наиболее важная ее задача — изучать с помощью дейтерия механизм химических реакций при получении органических соединений и исследовать их строение. Для химиков теперь очень точно измерены массы всех изотопных атомов. А физики сумели установить возможность ядерных реакций между легкими атомами, в том числе возможность реакции между атомами дейтерия: D + D = H + T. В таких реакциях неприменим закон сохранения массы, каким пользуется обычная химия; в результате реакции получается недостача 0,043 г. Это означает, что если бы удалось найти условия, при которых может протекать реакция между двумя молями дейтерия, то, согласно уравнению Эйнштейна можно было бы получить энергию:
0,00433х(3,0х1010)2 эрг=3,9х1018 эрг=3,9х1011 Дж.
Это немалая энергия. В наше время, чтобы получить такую энергию, приходится сжигать в топках котлов 13,5 т угля. А ведь его еще нужно добыть из шахт и доставить из-под земли к топке.
Между тем в соответствии с уравнением ядерной реакции такую энергию можно получить при затрате всего лишь двух молей дейтерия, которые содержатся в одном моле тяжелой воды. При этом простой воды потребуется около 120 л. Значит, из одного литра обычной воды можно добыть больше энергии, чем можно получить ее из ста килограммов высококачественного угля. А запасы воды на нашей Земле огромны.
Что же мешает получать энергию из воды? Такая возможность пока что кажется фантастической, но она вполне реальна. На пути к ее осуществлению наука уже преодолела немало трудностей. Решена сложнейшая проблема, как извлекать тяжелую воду из природной. Теоретически исследованы и рассчитаны условия, при которых возможны ядерные реакции между легкими атомами. Но, чтобы два атома могли вступить в ядерную реакцию, их ядра должны столкнуться, т. е. сблизиться до расстояния примерно 10–14 м, начиная с которого межъядерные силы уже могут преодолеть электростатическое отталкивание.
Кроме того ядра атомов защищены своими электронными оболочками. Эти оболочки простираются на расстояние в десятки тысяч раз большее. А самое главное — ядра заряжены и отталкиваются друг от друга, как и все одноименно заряженные тела. Легко сообразить, с какой скоростью должны сталкиваться атомы, чтобы преодолеть потенциальную энергию электростатического отталкивания. Они должны обладать не меньшей кинетической энергией или по крайней мере равной. Можно найти и скорость, с которой должны столкнуться атомы, чтобы могла начаться ядерная реакция. У дейтерия атомный номер Z=1. Масса изотопа А=2, следовательно, скорость атомов должна быть равна: V=3,8х108 м/с, или 3800 км/с. При обычной температуре физикам известна средняя скорость теплового движения у атомов дейтерия, она равна всего лишь 1,9 км/с. При комнатной температуре, равной примерно 293 К, кинетическая энергия молекул возрастает пропорционально абсолютной температуре, или, что то же самое, пропорционально квадрату скорости. Чтобы средняя скорость молекул дейтерия была достаточной для реакции между ядрами, нужно нагреть тяжелый водород до температуры миллионы градусов Кельвина .
Однако авторы явно по недомыслию "переосмыслили" полученные результаты.

1) Судя по фото, размер частиц составляет около 5 нм. Это соответствует дисперсности металла порядка 0.21-0.22. По адсорбционным данным Н/М=0.225, что вполне согласуется с данными электронной микроскопии. Итого: если вычесть из общей адсорбции атомов водорода весь поверхностный водород, то в объёме частиц металла остаётся "кукиш".

2) Платина, будучи даже в дисперсном состоянии, не растворяет водород в объёме решётки, поэтому не ясен механизм проникновения атомов водорода сквозь платиновую корку в объём на границу с палладием.

3) В ЯМР спектре дейтерия на Pt-Pd частицах подозрительно просматривается обменное взаимодействие между атомами, сорбированными на платине и палладии. Увы, это поверхностные формы адсорбата.



Dusha, 13 мая 2008 19:48 
>авторы явно по недомыслию "переосмыслили" полученные результаты
Приятно слышать слова не мальчика, но мужа!
Нанопурга не есть сугубо российское явление, японцы грешат этим в превосходной степени
Dusha, 13 мая 2008 19:54 
>Кроме того ядра атомов защищены своими электронными оболочками.
Уважаемый Олег Викторович, можно поинтересоваться, каков механизм этой защиты?
То есть поглощает ли электронная оболочка кинетическую энергию подлетающего ядра или скорее действует как жесткая оболочка и отражает его?
Eltekov Anton, 13 мая 2008 22:15 
to Симонов Павел Анатольевич,
а что значит "поверхностные формы адсорбата"?
Смирнов Евгений Алексеевич!
[a href=" http://vant....5.pdf"]
Вот тут нашёл очень интересное сравнение методов хранения водорода. Вот и по гидридам вспомнилось - Сахаров А.Д. очень энергоёмко хранил (и сейчас хранят) дейтерий в литии (дейтерид лития). [a href=" http://www.n....html"]В водородной бомбе.
Антон, я сказал "поверхностные формы адсорбата", потому что в литературе авторы часто путают абсорбированные формы с адсорбированными. Это касается адсорбции водорода в виде альфа- и бэта-гидридов благородных металлов. Пришлось сознательно пойти на "масло масляное".

У авторов этой статьи нет доказательств также, что все частицы палладия покрыты коркой платины, а сама корка не содержит палладия вообще. При получении наночастиц смешение очень даже возможно, особенно в случае Pd+Pt, образующих непрерывный ряд растворов.
Dusha, рад тебя созерцать ...
Dusha, 14 мая 2008 16:11 
>Dusha, рад тебя созерцать ...
С обратным приветом!
Эх, как вспомню наш, тогда еще не нано, а просто несколькоангстрёмный палладий - сердце кровью обливается... Были и мы когда-то жеребцами
А вот не читают японцы классиков, особенно на русском языке.
Жеребцами и остаёмся, Dusha . Я догнал тебя по количеству сынов: моему Егорке скоро 1 год .

А для японцев и прочих супостатов я написал обзор ещё 5 лет назад в книге: Catalysis and Electrocatalysis at Nanoparticle Surfaces (A. Wieckowski, E.R. Savinova, C.G. Vayenas, eds.), 2003, Marcel Dekker, New York, p. 409-454.
Dusha, 21 мая 2008 16:18 
>Я догнал тебя по количеству сынов: моему Егорке скоро 1 год
Это пятый что ли?
Зато я обогнал тебя по количеству внуков - моей Мане скоро 3!

ну, если считать 2-х пасынков, то 5-й

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

нанопирамиды нанофараонов
нанопирамиды нанофараонов

Премии Правительства Москвы молодым ученым
Стартовал прием заявок на получение премии правительства Москвы молодым ученым.
Участвовать в конкурсе смогут авторы научных исследований в области естественных, технических и гуманитарных наук. Премия также присуждается за разработку и внедрение новых технологий, приборов и материалов. Принять участие в конкурсе смогут молодые ученые не старше 36 лет и доктора наук от 36 до 40 лет.

Конкурс научной иллюстрации «Cнимай науку для Википедии»
Цель конкурса «Cнимай науку для Википедии» - популяризации науки и иллюстрирование статей энциклопедии Википедия, посвящённых науке.
Конкурс проводится совместно с телеканалом «Наука», прием работ до 30 сентября 2018 года включительно.

Конкурс «Энергия молодости» - 2018
Ассоциация «Глобальная энергия» продлевает срок приема заявок (до 21 октября) на участие в XV Общероссийском конкурсе молодежных исследовательских проектов в области энергетики «Энергия молодости».

Эксперт: Ингредиенты готовы к началу реакции
Вера Колерова
Малотоннажная химия по-прежнему не в фаворе у бизнеса и власти. Первый не идет в этот сектор из-за больших вложений и долгих сроков окупаемости. А правительство приняло всего лишь дорожную карту развития этой подотрасли. Но предпосылки для ее подъема все-таки есть. Важно не упустить момент ...

Оптическая жизнь дисульфидных нанотрубок
А.Ю.Поляков, Е.А.Гудилин
Недавно полученные экспериментальные результаты позволяют рассматривать нанотрубки дисульфида вольфрама в качестве основы для новых фотонных устройств, элементов оптических схем. Кроме того, знания о нетривиальных оптических особенностях данных наноструктур позволят по-новому взглянуть на свойства композитов плазмонных наночастиц золота и серебра с дисульфидными нанотрубками.

Наноматериалы в ядерных технологиях
Тананаев И.Г.
Сегодня активное развитие ядерных технологий – мировая тенденция, связанная с обеспечением устойчивого развития мирового сообщества. Решение энергетических проблем путем строительства новых атомных станций, формирование персонифицированной высокотехнологической медицины за счет внедрения ядерной медицины, освоение Арктики и космического пространства – основы ядерных технологий, не говоря об обеспечении государственной безопасности и удержания паритета ядерных вооружений.

Инновационные системы: достижения и проблемы
Олег Фиговский, Валерий Гумаров

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!

Проектная работа

Сегодня становится все более популярной так называемая проектная работа школьников, однако на этот счет есть очень разные мнения. Мы были бы признательны, если бы Вы высказали кратко свое мнение по этому поводу путем голосования. Заранее благодарны!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.