В соединении «барий-лантан-индий-кислород» они увеличили протонную проводимость
Ученые Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург) первыми в мире исследовали протонную проводимость в материалах с блочно-слоевой структурой Раддлсдена-Поппера на примере соединения «барий-лантан-индий-кислород» (BaLaInO4). До сих пор в качестве протонных проводников изучали в основном материалы со структурой перовскита (титаната кальция, минерала).
Сотрудники кафедры физической и неорганической химии УрФУ подтвердили, что материалы с блочно-слоевой структурой, в частности соединение «барий-лантан-индий-кислород», способны к проявлению протонной проводимости (направленное движение положительно заряженных ионов водорода). Результаты представлены в журнале Solid State Science.
«Структура перовскита представляет собой цепочки октаэдров, соединенных вершинами между собой. В блочно-слоевых структурах Раддлсдена-Поппера октаэдры разделены солевыми блоками. Это приводит к тому, что „свободного места“ в структуре Раддлсдена-Поппера, по сравнению со структурой перовскита, становится больше и количество протонов, которые после специальной обработки „попадают“ в структуру из молекул воды, увеличивается», — объясняет доцент УрФУ Наталия Тарасова.
Материалы с протонной проводимостью — необходимый элемент одного из типов топливного элемента, устройства для получения электроэнергии без использования углеводородов и, следовательно, загрязнения окружающей среды.
В настоящее время сотрудники кафедры работают над улучшением протонной проводимости соединения, чтобы выявить корреляцию состава вещества с количеством протонов и «скоростью» их движения. Химики заместили часть атомов индия в структуре BaLaInO4 атомами титана и циркония и выяснили, что такое замещение приводит к увеличению размера блоков и количества протонов в структуре, и, как следствие, к росту протонной проводимости практически на порядок величины.
«Мы продолжаем нашу деятельность, чтобы установить фундаментальные закономерности. Исследования проходят на высоком научном уровне с использованием самых передовых методик и не уступают экспериментам ведущих мировых лабораторий этого же научного профиля», — комментирует Наталия Тарасова.
Конечная цель — усилиями ученых УрФУ и Уральского отделения Российской академии наук создать высокопроизводительный и экономически доступный протонный топливный элемент — технический фундамент экологически чистой и ресурсосберегающей энергетики обозримого будущего. Переход к экологически чистой энергетике — одно из основных направлений стратегии научно-технического развития России. Возобновляемые источники энергии, в том числе водородная энергетика, включены указом президента РФ Владимира Путина в перечень критически важных технологий. Закономерно, что работы химиков УрФУ поддержаны грантами главы государства.
УрФУ — один из ведущих университетов России, участник проекта 5-100, расположен в Екатеринбурге — столице Всемирных студенческих игр 2023 года. Вуз выступает инициатором создания и выполняет функции проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (НОЦ), который призван решить задачи национального проекта «Наука».