В связи с работой над созданием экологически чистых
транспортных
средств в последние годы идет активное изучение способности углеродных
нанотрубок и схожих
структур захватывать и хранить водород. Ученые из США и Китая провели
исследование
накопления водорода в образцах наноструктур сферической формы и обнаружили,
что удается
довести долю сорбированного водорода до 8 весовых процентов.
На разработку экологически чистых автомобилей брошены большие силы. Во
многом это
связано с политикой правительств некоторых стран или отдельных территорий по
законодательному урегулированию вопросов производства и использования
транспортных
средств. Например, в штате Калифорния принята программа, которая обязывает
производителей
автомобилей, начиная с 2003 года, оснащать 10% всех новых автомобилей
двигателями с
нулевым выбросом вредных веществ, а в Исландии разрабатывается
программа,
предусматривающая полное исключение использования автомобилей с двигателями
внутреннего
сгорания к 2030 году. Исследования идут по многим направлениям, в том числе
и достаточно
экзотическим (так, в Техасе разработан криогенный
автомобиль ), однако
наиболее интенсивно идут работы по созданию автомобилей на водородном
топливе. Одной из
главных проблем является хранение водорода в топливном баке: чтобы
обеспечить пробег
автомобиля на одной заправке более 500 км при разумном объеме топливного
бака, требуются
большие давления, что увеличивает риск взрыва. Возможный путь решения
проблемы -
использование веществ, способных поглощать и хранить водород.
Одним из кандидатов на роль удобного "хранилища" являются углеродные
наноструктуры.
В качестве достаточной сорбционной емкости вещества фирма General Motors,
например,
называет 10 весовых процентов. Многие исследователи сообщают об обратимом
накоплении
водорода в углеродных нанотрубках в количестве до 8 %, но в целов данные по
сорбции углерода
в нанотрубках достаточно противоречивы. Ученые из института физики Академии
наук Китая и
университета Баффало провели исследование накопления углерода в углеродных
наноструктурах
сферической формы, имеющих, в отличие от нанотрубок, достаточно относительно
большой
внутренний объем.
Полимеризованные наносферы из углерода с небольшой примесью азота были
получены на
кремниевой подложке из смеси углерода с метаном методом СВЧ
плазмохимического напыления.
После синтеза наносферный материал подвергался кратковременному травлению в
азотной
плазме для очистки, затем наносферы отделялись от подложки в 37 % растворе
соляной кислоты в
течении 12 часов. Характеризация получившихся наноструктур методом
просвечивающей
электронной микроскопии показала, что получившийся в результате материал
представляет
собой полусферы диаметром 15 - 50 нм. Электронная спектроскопия позволила
установить, что
концентрация азота в структурах достигает 10 %.
Для насыщения водородом наносферные образцы массой 10 мг помещались в
вакуумную
камеру, в которой при вакууме 10-7 Торр они предварительно
осушались, а затем в
камеру вводился высокочистый (99.999 %) водород при атмосферном давлении;
образцы
выдерживались в такой атмосфере при 300 С в течении 4 часов. Затем
исследовалась десорбция
водорода, которая происходила при температуре выше комнатной и достигала
максимальной
скорости при 230 С. Эксперименты показали, что удается достигнуть накопления
водорода в
наносферах в количестве 8 весовых %; в качестве механизма поглощения
водорода авторы
называют хемисорбцию. Стоит отметить, правда, что после 10 циклов
адсорбции-десорбции
сорбционная способность материала снижалась на 15 %.
Использованы материалы бюллетеня ПерсТ (выпуск 1/2 за 2002
г.)