Лента TH Статьи о науке и технике


В Штатах работают над металлорганическими каркасными материалами

∴ 190

В Штатах работают над металлорганическими каркасными материалами

Использование в качестве топлива водорода, конечно же, очень привлекательно. Но возникает проблема, которую необходимо решать. Вопрос в том, каким образом транспортировать и хранить взрывчатый газ. Ведь бак в автомобиле должен быть безопасный и недорогой, а топлива в нем должно хватать минимум на 450 километров.

Ученые из Беркли, из национальной лаборатории Лоуренса стараются решить эту проблему с помощью новых материалов, которые способны поглощать своим поверхностным слоем водород. Исследования эти обходятся Департаменту энергетики США в кругленькую сумму — два с лишним миллиона долларов. В проекте участвует Национальный институт стандартов и технологий, а также автомобильный концерн Дженерал Моторс. Нужно отметить, что департамент энергетики уже прежде выделял семь миллионов долларов на исследования связанные с применением водорода для движения электрокаров.

Руководят проектом Джефри Лонг и Мартин Хед-Гордон. Они рассказали, что их группа разрабатывает металлорганические каркасные структуры, которые помогут увеличить емкость газовых баллонов использующихся в качестве топливных баков. Новые материалы позволят отказаться от чрезвычайно высокого давления водорода, что увеличит безопасность и снизит энергопотери на компрессию газа. Металл-каркасы очень легки, ведь они представляют собой трехмерные, похожие на губку структуры, состоящие из углеродных атомов. Но главное их свойство, это простота трансформирования их поверхностей с помощью синтетической органической химии.

Ученые также пытаются использовать свои разработки для очистки воздуха от двуокиси углерода. Так как в смеси азота постоянно присутствует воздух, это требует от разработчиков высокой избирательности по отношению к двуокиси углерода. С водородом дело обстоит по-другому. Здесь не требуется высокая избирательность материалов, но этот элемент, в свою очередь, требует для своего содержания повышенную емкость.

На сегодняшний день уже существуют автомобили, проезжающие на водородных топливных элементов около 450 км, но в них установлены дорогие и опасные баллоны высокого давления. Группе Лонга пока удалось увеличить вдвое водородную емкость, где газ находится при очень низких температурах. Но работа только началась и 4-5 кратная емкость, где газ находится при комнатной температуре — очень хороший результат. Уже ведется работа для дальнейшего совершенствования топливных емкостей. Ученые работают над созданием каркаса, который содержит катионы — легкие металлические центры на поверхности металла. Они будут способны притягивать к себе молекулы водорода. Но необходимо сделать так, чтобы каждый катион связывался не с одной молекулой, а двумя или даже тремя-четырьмя. В этом направлении и ведется сейчас работа. Такой синтез будет совершаться впервые.

Мартин Хед-Гордон — специалист по компьютерной химии, его присутствие в группе облегчит работу химиков-синтетиков. Компьютерная химия позволяет теоретически предсказать направление работы. Это должно привести к экономии средств и времени. Сейчас именно синтетическая часть проекта требует больших материальных затрат.

Компания Дженерал Моторс обеспечивает измерения при высоких давлениях, а сотрудники из национального стандарта — признанные специалисты по нейтронной спектроскопии и нейтронной дифракции. Они помогут ученым выяснить места размещения молекул водорода в каркасе и проверить их связь с катионами.