Ученые из Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова и Национального центра научных исследований Франции создали катализатор на основе марганца для получения водорода из амин-боранов — твердых органических соединений в виде порошка или кристаллов белого цвета. Новый катализатор в десятки раз эффективнее высвобождает водород, чем комплексы на основе благородных металлов. Результаты исследования опубликованы в журнале Chemical Science.
Амин-бораны состоят из атомов углерода, азота, бора и водорода. Чтобы извлечь из них водород, ученые используют металлорганические катализаторы, содержащие металлы платиновой группы, в том числе палладий, рутений и платину. Высокая стоимость последних стимулирует поиск более дешевых альтернатив, таких как кобальт, железо и никель.
Свою альтернативу предложили и ученые из Института элементоорганических соединений и Национального центра научных исследований, которые смогли выделить водород из амин-боранов с помощью комплекса на основе марганца и оксида углерода. Эксперименты показали, что новый катализатор в 50 раз активнее аналогов на основе железа, кобальта и никеля, а также в 8 раз активнее соединений платиновых металлов. При этом, в отличие от большинства металлоорганических катализаторов, новый комплекс не требует дополнительной активации с помощью ультрафиолета.
Авторы исследования детально изучили механизм выделения водорода при взаимодействии катализатора и амин-борана. Оказалось, что активная форма катализатора состоит из двух марганец-содержащих молекул, образовавшихся из общей молекулы-предшественника: одна — положительно заряженная, а другая — нейтральная. Эти соединения одновременно взаимодействуют с амин-бораном, в результате чего выделяется водород.
«Мы полагаем, метод может быть адаптирован для катализаторов на основе других металлов. Это позволит использовать его для индустриально значимых процессов получения водорода, синтеза лекарственных препаратов и переработки углекислого газа. Применительно к амин-боранам наш катализатор внесет вклад в развитие технологий хранения и получения водорода для экологически чистой энергетики», — цитирует Российский научный фонд одного из авторов исследования Екатерину Гуляеву.
Результаты исследования могут внести важный вклад в решение проблемы транспортировки водорода. Одним из методов может стать получение водорода на месте дальнейшего использования. Например, специалисты компании EPRO Advance Technology разработали пористый кремниевый материал (Si+), который при контактировании с водой генерирует водород. Этот материал можно хранить в пластиковой упаковке, благодаря чему его использование напоминает капсульный способ приготовления кофе.
