СОЗДАНИЕ «METAL-FREE» ГЕТЕРОГЕННЫХ КАТАЛИТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ДЛЯ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ МОЛЕКУЛЯРНОГО ВОДОРОДА НА ОСНОВЕ ИММОБИЛИЗОВАННЫХ НА ГРАФИТОВЫЙ ЭЛЕКТРОД ОРГАНИЧЕСКИХ КАТАЛИЗАТОРОВ
Водород приветствуется как чистый вид топлива во многих энергетических системах. Расщепление воды является важным методом получения водорода в высокой чистоте и больших количествах. Чтобы ускорить скорость реакции выделения водорода, крайне необходимо разработать высокоэффективные катализаторы. За последние несколько лет все большее внимание уделялось разработке эффективных технологий для чистой и устойчивой водородной энергии, поскольку водород считается перспективным источником энергии для снижения нашей зависимости от ископаемого топлива и выгоды окружающей среды за счет сокращения выбросов парниковых и других токсичных газов. С этой целью эффективный и перспективный подход основан на электролизе воды для производства водорода. Применение катализаторов может значительно ускорить кинетику реакции и эффективность за счет снижения энергии активации, тем самым уменьшая перенапряженность.
Растущий глобальный спрос на энергию и воздействие традиционных энергетических ресурсов на окружающую среду создают серьезные проблемы для здоровья человека, энергетической безопасности и защиты окружающей среды. Одним из перспективных решений является технология топливных элементов, которая обеспечивает чистую и устойчивую энергию.
Катализаторы на основе углерода могут обеспечить значительное снижение издержек при сохранении высокой экономической эффективности для использования в топливных элементах и других энергетических устройствах (например, в металлических воздушных батареях). Таким образом, каталитическая технология без содержания металлов оказывает большое влияние на поле топливных элементов.
Использование катализаторов содержащих полиароматические группы, позволит осуществить эффективную иммобилизацию катализатора за счет сильной физической сорбции на поверхность углеродных носителей и получить стабильные высокоэффективные гетерогенные каталитические системы для получения водорода из воды.
1. Подробно изучен процесс адсорбции на углеродном материале (Vulcan XC-72 (VU)) органических гетероциклических соединений: акридина (I) и его производных 9-фенилакридин (II) и иодид (III) Ы-метил-9- фенилакридия. На основе изотерм адсорбции Ленгмюра рассчитаны параметр Ада , константы равновесия K и AG.
2. Показано, что адсорбция соединений I и II является структурно-зависимым процессом, который зависит от наличия функциональных заместителей у молекулы, а адсорбция соединения III имеет сложный механизм и частично протекает через стадию стабилизации соединения на поверхности носителя за счет присутствия функциональных групп (COOH, COH, OH).
3. С использованием квантово-химических расчетов показано, что адсорбция соединений I,II и III на графитоподобных участках по механизму п-п стейкинга не реализуется, вследствие несоответствия по энергиям граничных орбиталей адсорбата и подложки.
4. С использованием метода циклической вольтамперометрии были определенны электрохимические характеристики органических соединений , иммобилизованных на углеродном материале. Показано, что лимитирующей стадией процесса является перенос электронов с поверхности электрод а (углеродный носитель) на окислительно-восстановительные центры иммобилизованных соединений.
5. Для иммобилизованных соединений I, II и III были получены вольтамперные характеристики с использованием препаративного электролизера с протонно-обменными мембранами в реакции получения молекулярного водорода. Электрокаталитические характеристики МЭБ на основе электродов содержащих соединения I,II и III близки между собой, хотя активность этих электрокатализаторов уступает таковой для платиносодержащих материалов.
