Российские ученые выяснили, как можно ускорить процесс получения водорода из муравьиной кислоты. Это позволит приблизить время, когда экологически чистый водород начнут активно использовать в качестве топлива для выработки электроэнергии. Работа исследователей опубликована в журнале Energies.

В современном мире для получения топлива используют невозобновляемые ресурсы, такие как уголь или нефть. Однако это приводит к загрязнению окружающей среды и увеличению выбросов углекислого газа в атмосферу, что считается одной из причин глобального потепления и связанных с ним проблем. Кроме того, запасы этих ресурсов иссякают. Поэтому с каждым годом растет интерес к возобновляемым источникам водорода, таким как растительное сырье (биомасса) и вода.

Водород может использоваться для получения электроэнергии, но препятствием на пути его промышленного применения являются вопросы хранения и транспортировки.

Ученые разрабатывают разные решения этой проблемы, например хранение в виде водородсодержащих органических соединений, из которых при необходимости можно извлечь водород. Особенное внимание исследователей вызывает муравьиная кислота. Она стабильна, плохо горит, относительно малотоксична и при этом содержит достаточно много водорода. Кроме того, очень важно, что ее можно получать из возобновляемого растительного сырья.

Катализаторы для извлечения водорода из муравьиной кислоты обычно состоят из углеродного носителя и небольшого (менее 1% от общей массы) количества наночастиц активного металла. Среди них наиболее перспективным считается палладий. Предыдущие работы показали, что атомы азота, внедренные на поверхность углеродного носителя, могут увеличить активность палладия в реакции получения водорода из муравьиной кислоты.

В новом исследовании ученые, поддержанные грантом Российского научного фонда, обработали графитоподобный углерод такими азотсодержащими веществами, как меламин, фенантролин и бипиридин. Затем эти соединения нагревали до температуры 400 °C. После добавления палладия к полученным носителям исследователи изучали, насколько эффективен каждый из образцов в реакции превращения муравьиной кислоты в водород.

Оказалось, что использование меламина приводило к получению наиболее эффективных катализаторов. Нанесенный палладий взаимодействовал с муравьиной кислотой, и водород получался примерно в четыре раза быстрее, чем с таким же количеством этого металла на углеродном носителе без азота или на носителе, обработанном фенантролином или бипиридином.

Ученые попытались выяснить, чем объясняется такая эффективность меламина. Они обнаружили, что при соединении с ним углерода образуются поверхностные атомы азота, которые взаимодействуют с наночастицами палладия. При этом свойства палладия изменяются. Он становится электронодефицитным и из-за этого легче взаимодействует с кислотой.

«В работе предложен простой способ введения азота в углеродный носитель. Каталитические системы на основе палладия, углерода и азота позволяют эффективней получать водород из муравьиной кислоты, и в будущем их можно будет использовать для развития промышленных технологий получения водорода», — резюмировал один из исследователей, сотрудник лаборатории каталитических методов преобразования солнечной энергии Института катализа имени Г. К. Борескова СО РАН Дмитрий Булушев.