Новости химической науки > Новый материал для хранения водорода термически устойчив

Аминборановое производное остается стабильным при нагревании до достаточно высоких температур.

Газообразный водород рассматривается в качестве перспективного альтернативного источника энергии, не приводящего к загрязнению окружающей среды, однако без разработки методов безопасного хранения этого газа водородные топливные элементы не могут стать достаточно практичными для широкомасштабного применения. Для решения ряда практических задач хранимый газ должен сохранять стабильность в течение длительного времени, иногда находясь под воздействием экстремально высоких температур. Исследователям удалось создать систему для хранения газообразного водорода, которая не разлагается при нагревании до 150°C.

В присутствии рутениевого катализатора bis-BN-циклогексан (слева) при комнатной температуре высвобождает четыре эквивалента водорода за 15 минут, образуя в качестве дополнительного продукта каркасное соединение (справа). (Рисунок из J. Am. Chem. Soc. 2014, DOI: 10.1021/ja511766p)

Ши-Юан Лю (Shih-Yuan Liu), специалист по металлоорганической химии, и его коллеги работали над синтезом аминборановых производных, способных к запасанию и высвобождению молекулярного водорода. Аминбораны отличаются относительно высокой емкостью по водороду и могут быстро высвобождать H₂, однако, как правило, эти вещества недостаточно устойчивы при высоких температурах.

Исследователи синтезировали новое соединение – бис-BN-циклогексан – в три стадии. Емкость запасания водорода этой молекулой составляет 4.7% по массе. Соединение, которое является первым примером BN-изостерического аналога циклогексана, содержит два фрагмента BN и не разлагается до температуры 150°C ни в растворе, ни в кристаллическом состоянии.

Тем не менее, полученное соединение может быть активировано для быстрой десорбции водорода при комнатной температуре – такое разложение протекает в результате каталитической активации. Так, если добавить к раствору бис-BN-циклогексана в тетрагидрофуране рутениевый катализатор, аминборан в течение 15 минут выделяет 4 эквивалента водорода, не образуя при этом других газообразных веществ, способных загрязнить образующийся H₂. Элементоорганическими продуктами разложения аминборана после высвобождения водорода являются два каркасных соединения с группой симметрии S4.

Как отмечает Лю, для применения в топливных ячейках автомобилей исследователям нужно будет модифицировать соединение, поскольку цель, которую поставило Министерство Энергетики США – добиться к 2017 году создания твердотельного аккумулятора водорода, способного запасать не менее 5.5 топлива по массе. Тем не менее, уже сейчас новое вещество может быть использовано для решения других задач – например для длительной консервации водорода в целях создания резервных источников энергии.

Источник: J. Am. Chem. Soc. 2014, DOI: 10.1021/ja511766p

метки статьи: #водородная энергетика, #новые материалы, #органическая химия, #органический синтез, #природа химической связи, #элементоорганическая химия