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

 

Нановселенная
Нановселенная

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

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!



 
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.