Исследователи применили метод влажного смешивания, который позволяет сохранить структуру каталитического двумерного материала и обладает потенциалом для масштабирования.
Водород считается одним из наиболее перспективных энергоносителей будущего благодаря высокой плотности энергии и экологичности. Однако широкое внедрение водородной энергетики сдерживается сложностями с безопасным и эффективным хранением газа. Существующие методы, такие как сжатие или сжижение, требуют высоких энергозатрат и несут риски, поэтому ученые все чаще обращаются к системам хранения водорода на основе гидридов.
Одним из привлекательных материалов для этой цели является гидрид магния. Однако он отличается высокой температурой дегидрирования (свыше 300 °C) и сравнительно медленной кинетикой поглощения/выделения водорода, из‑за чего его сложно использовать на практике.
Ученые Томского политеха совместно с коллегами получили композитный материал на основе гидрида магния с добавлением максенов на основе карбида титана. Ключевое преимущество работы — использование простого и щадящего метода влажного смешивания в изопропаноле, который позволяет равномерно распределить нанолисты MXene на поверхности частиц гидрида магния, сохранив их слоистую структуру и необходимые активные поверхностные группы.
Композит с содержанием максенов 6 мас.% показал стабильность в ходе пяти циклов сорбции/десорбции. Материал сохранил стабильную кинетику и продемонстрировал обратимую водородную емкость более 6 мас.%. Для сравнения, водородная емкость чистого гидрида магния составляет порядка 7,6 мас.%.
«В синтезируемых нами максенах мы можем формировать нужные каталитически активные поверхностные группы. В применяемом методе мы не используем высокоэнергетические процессы, а значит, метод проще для масштабирования и дальнейшего применения», — отмечает руководитель проекта, заведующий лабораторией перспективных материалов и обеспечения безопасности водородных энергосистем ТПУ Егор Кашкаров.
Ученые планируют провести расширенные циклические испытания для оценки долговременной стабильности материала и детально изучить механизм каталитического действия.
В исследованиях принимали участие сотрудники лаборатории перспективных материалов и обеспечения безопасности водородных энергосистем Томского политеха, федерального университета Санта-Катарины (Бразилия) и университета Фридриха-Александра Эрлангена-Нюрнберга (Германия). Исследование поддержано проектом молодежных лабораторий Министерства науки и высшего образования. Результаты работы опубликованы в журнале Hydrogen (Q2, IF: 5.6).
