В ТПУ разработали технологию получения катализаторов для выделения водорода из сельскохозяйственных отходов. Ученые использовали карбид молибдена, синтезированный с добавлением углерода из рисовой шелухи, соломы, листьев и кедровой щепы.
Как рассказали в пресс-службе Томского политехнического университета, ученые молодежной лаборатории перспективных материалов энергетической отрасли вуза предложили простой и масштабируемый способ получения катализаторов для выделения водорода. В качестве источника углерода они использовали отходы сельского хозяйства — рисовую шелуху, каучук, солому, листья ивы, смесь листьев и кедровую щепу.
Результаты исследования показали, что биомасса придает катализатору особую текстуру, которая повышает активность выхода водорода. Работу поддержало Министерство науки и высшего образования РФ, а ее результаты опубликовал журнал Ceramics International.
Карбиды переходных металлов, особенно карбид молибдена, считаются одним из основных классов недрагоценных катализаторов для реакций выделения водорода. Они обладают хорошей каталитической активностью и стабильностью. Однако традиционные способы получения таких карбидов — пиролиз, синтез с помощью расплавленных солей или дуговой разряд в инертной среде — требуют много энергии, дополнительных этапов обработки и дорогого сырья высокой чистоты. Все это делает синтез ценного катализатора сложным, затратным и экологически небезопасным.
Томские политехники пошли другим путем. Они подвергали биомассу пиролизу, а затем из полученного углерода и порошка молибдена синтезировали карбид. Для этого ученые применили собственную разработку — безвакуумный электродуговой метод.
Одна из авторов исследования, научный сотрудник лаборатории перспективных материалов энергетической отрасли ТПУ Юлия Васильева рассказала, что регулирование процесса синтеза и использование разных видов сельхозотходов позволяют настраивать текстуру и пористость карбидов под конкретные требования катализатора. Замена технического углерода на биомассу существенно снижает стоимость материала. При этом полученный катализатор сохраняет умеренную электрокаталитическую активность.
Исследователи изучили фазовый состав и микроструктуру образцов с помощью рентгеновской дифракции, электронной микроскопии и рамановской спектроскопии. Они также оценили каталитическую активность материала при электрическом разложении воды в кислотной и щелочной среде.
Оказалось, что разные виды биомассы дают разные показатели высвобождения водорода. Лучший результат в обеих средах показал карбид молибдена из углерода на основе кедровой щепы. Образцы с углеродом из соломы тоже продемонстрировали повышенную активность, но в кислотной среде.
«Для получения катализаторов на основе карбида молибдена из биомассы с оптимальными характеристиками (чистотой и эффективностью) требуется 40 % избыток углерода. Такие материалы обладают особенной текстурой и пористостью, которая повышает активность и транспортировку водорода», — говорит Юлия Васильева.
Ученые планируют продолжить исследования, чтобы найти наиболее эффективные материалы для получения водорода и испытать их характеристики.
Фото: news.tpu.ru
Lx: 3150