материалы на основе амминборана: увеличение подвижности водорода

Водородаккумулирующие материалы на основе амминборана: увеличение подвижности водорода

Номер гранта:	09-08-00505
Область научного знания:	фундаментальные основы инженерных наук
Тип конкурса:	(«а» (до 2016))(«а») инициативные научные проекты
Год выполнения:	2009г.
Руководитель:	Симагина В.И.
Статус заявки:	поддержана

Аннотация к заявке:

Разработка топливных элементов повлекла за собой необходимость создания компактных высокоэффективных и безопасных технологий хранения и получения водорода. Амминборан по гравиметрическому содержанию водорода не имеет конкурентов среди гидридов (19,4 мас.%). Известно, что выделение двух молекул водорода происходит ступенчато, начинаясь в районе 100 ?С и заканчиваясь около 200 ?С. Выше 120 ?С процесс выделения водорода осложняется нежелательной стадией образования высокотоксичных газовых продуктов. Данный проект направлен на модифицирование свойств амминборана и создание на его основе новых водородаккумулирующих композиций, способных выделять чистый водород при более низких температурах (<100 ?С). В рамках поставленной задачи предполагается изучить низкотемпературные процессы получения водорода при термическом разложении и гидролизе амминборана, нанесенного на неорганические матрицы различной природы и дисперсности. Наряду с физико-химическими характеристиками носителя, внимание также будет уделено изучению кинетики генерации водорода массивных и нанесенных металлов, дополнительно вводимых в состав водородгенерирующих композиций. Использование разнообразных спектральных (ЭСДО, ИК-, КР- ЯМР спектроскопии) методов исследования позволит нам охарактеризовать состояние амминборана и поверхности неорганической матрицы до и после стадии нанесения этого гидрида, а также провести эксперименты in situ по термическому разложению нанесенного гидрида и его взаимодействию с водой. Полученные результаты станут основой для понимания механизма дестабилизации амминборана при его взаимодействии с активной поверхностью неорганической матрицы и установления причин увеличения подвижности водорода. В результате выполнения проекта будет разработана методика направленного синтеза водородсодержащих композиций на основе амминборана, способных выделять водород при температурах ниже 100 ?С.

Аннотация к отчету по результатам реализации проекта:

В соответствии с заявленным планом на 2009 г было изучено термическое разложение амминборана (АБ), нанесенного на диоксид титана анатазной модификации, с целью дестабилизации структуры гидрида и увеличения подвижности водорода в низкотемпературной области. Данные термогравиметрического анализа показали, что уже в составе физической смеси АБ с TiO2 процесс термолиза АБ смешается в низкотемпературную область (приблизительно на 10?С). Максимальный эффект в увеличении подвижности водорода был зафиксирован в случае сульфатсодержащего диоксида титана, который характеризовался присутствием на поверхности сильных Льюисовских и Бренстедовских центров. Использование воды в качестве растворителя для АБ не привело к изменению кинетики разложения АБ в нанесенных АБ/TiO2 композициях, приготовленных методом пропитки. Полученные данные сопоставимы с данными термогравиметрии физических смесей. С другой стороны, существенно повлиять на термический профиль разложения АБ в синтезируемых нанесенных композициях позволило использование этилендиамина (ЭДА) как растворителя для приготовления пропиточного раствора АБ. В этом случае основные химические процессы, сопровождающиеся выделением газовых продуктов, происходят в области низких температур (50-120?С). Вклад высокотемпературной формы в суммарном процессе разложения значительно снижается. Данные ИК спектроскопии позволили установить, что нанесение АБ на TiO2 из ЭДА приводит к стабилизации на поверхности носителя комплекса АБ-ЭДА, который устойчив к протеканию нежелательного процесса гидролиза. Спектральные особенности данного нанесенного комплекса практически не зависят от химии поверхности используемого диоксида титана. Показано, что высокая электронодонорная способность ЭДА приводит к его стабилизации на поверхности анатаза в значительном количестве, что способствует снижению содержания адсорбированной воды в нанесенных АБ/TiO2-ЭДА композициях и препятствует протеканию процесса гидролиза АБ при приготовлении и хранении образцов. Наличие продуктов гидролиза АБ было зафиксировано в случае образцов физических смесей и нанесенных образцов, когда в качестве растворителя для АБ использовалась вода. Модифицирование водородаккумулирующих композиций нанодисперсными металлами платиновой группы приводит к спонтанному разложению амминборана, и в некоторых случаях может инициировать самовозгорание системы на открытом воздухе. В 2010 году исследования водородаккумулирующих композиций будут продолжены с целью более детального изучения состояния амминборана, нанесенного на носитель совместно с этилендиамином, а также установления механизма термического разложения этой системы в интервале температур до 100?С.