Все новости

Российские ученые улучшили свойства катализаторов для производства тяжелой воды

Подобные вещества можно использовать, например, на атомных реакторах

ТАСС, 14 июля. Российские химики создали новую методику производства катализаторов на основе платины. Благодаря этому можно получать молекулы тяжелой воды или защищать АЭС от накопления опасного количества газообразного водорода. Описание методики опубликовал научный журнал Fusion Engineering and Design, кратко об этом пишет пресс-служба РХТУ им. Менделеева.

"Мы предложили инструмент <...>, чтобы наблюдать, как распределяется платина внутри катализатора, и одновременно контролировать гидрофобность покрытия. Теперь, вооруженные этими методами, мы можем разрабатывать новые, более эффективные катализаторы, – отметил один из авторов исследования, доцент РХТУ Алексей Букин. – Это заметно расширяет диапазон и область применения гидрофобизированных катализаторов изотопного обмена".

Одна из самых сложных задач в химии – создавать технологии, с помощью которых можно извлекать из горных пород или смеси продуктов ядерных и термоядерных реакций только определенные изотопы. Почти все существующие технологии такого рода требуют больших затрат энергии и других ресурсов. Кроме того, у них есть множество ограничений, которые делают их малопривлекательными с коммерческой точки зрения.

Букин и его коллеги из РХТУ и ВНИИ неорганических материалов им. Бочвара уже долгое время работают над созданием катализаторов, которые позволяют производить тяжелую воду путем реакций химического изотопного обмена. Во время подобных взаимодействий атомы дейтерия из одного соединения меняются местами с обычными атомами водорода другого соединения. Благодаря этому можно накапливать их и производить из них тяжелую воду. В прошлом в подобных реакциях использовались вода и сероводород, однако большинство подобных заводов тяжелой воды было закрыто в последние годы из-за проблем экологического характера.

Поэтому ученые разрабатывают катализаторы на основе платины, благодаря которым могли бы протекать подобные реакции изотопного обмена с участием молекул водорода и воды. Российские химики выяснили, как можно увеличить эффективность подобных реакций, изучив, как устроены частицы так называемых гидрофобизированных платиновых катализаторов.

Эти структуры состоят из подложки и нанесенного на нее водоотталкивающего вещества и платинового покрытия. Гидрофобный слой предотвращает формирование пленки воды на поверхности катализатора, которая мешает реакциям изотопного обмена. При нанесении платины структура этого покрытия часто нарушается, и ученые давно пытаются это предотвратить.

Российские химики детально изучили, как появляются подобные повреждения. Для этого они создали несколько вариантов катализаторов на основе частиц оксида алюминия, покрытых водоотталкивающей пленкой из кремнийорганических соединений. Эти частицы ученые обработали смесью из соединений платины и разных кислот и проследили, как эта процедура повлияла на их каталитические свойства и структуру.

Эксперименты показали, что активность этих катализаторов заметно отличалась, несмотря на то, что обработка частиц разными соединениями платины привела к примерно одинаковым повреждениям водоотталкивающей оболочки. Причина этого крылась в разном характере распределения платины во внутренних слоях и на поверхности частиц.

Исследователи надеются, что раскрытые ими закономерности помогут оптимизировать работу платиновых катализаторов, а также позволят использовать их для ускорения других реакций. К примеру, химики предлагают использовать подобные вещества в работе атомных реакторов, что одновременно повысит их безопасность и позволит дешево получать тяжелую воду. В ближайшее время ученые планируют проверить эту идею на практике.