Аспирант химического факультета ЧелГУ Наталья Амелина под руководством доцента кафедры аналитической и физической химии Александра Бирюкова получила новый материал – нанопористую медь.
«Нас интересуют разные нанопористые материалы, не только нанопористая медь, хотя это основное направление исследований, – отмечает Наталья Амелина. – Такие металлы применяются для создания высокочувствительных датчиков и сенсоров, в качестве катализаторов, как пористые электроды, например, при электролизе воды. Электроды из нанопористых материалов гораздо экономичнее тех, что применяются сегодня. Они могли бы заменить электроды из таких благородных металлов, как палладий или платина, уменьшить размер электролизёров за счёт большой удельной поверхности пористой структуры».
Процесс получения нанопористых материалов сложен и проходит несколько этапов. В частности, предварительно химики получают так называемые сплавы-прекурсоры.
«Сплавы-прекурсоры (например CuZn, CuAl) необходимы для последующего изготовления нанопористых металлов селективным растворением более электроотрицательного металла с поверхности сплава, – разъясняет Наталья Амелина. – Иными словами, нам нужны исходные материалы, которые затем используются для получения нанопористых металлов. Например, если мы используем сплав CuZn, то из него селективно растворяется цинк и тем самым остаётся пористая подложка меди. Пористая структура образуется вследствие диффузии одного металла в другой при получении этих исходных сплавов. А когда один из металлов растворяется, то на его месте остаются поры. Сплавы-прекурсоры мы получаем двумя методами – с помощью диффузионного легирования (например, в модифицированном порошке цинка) или гальванотермическим способом (гальванически наносим цинк, а затем отжигаем в печи в инертной атмосфере аргона)».
В настоящее время химики ЧелГУ занимаются изучением вопроса селективного растворения сплавов и образования пористой структуры, что позволит получить пористые электроды. Затем предстоит проверить их эффективность при электролизе воды. Решение этой задачи должно сыграть свою роль в развитии альтернативной водородной энергетики. Электролиз воды с применением пористых электродов в перспективе позволит увеличить производительность электролизеров, что позволить получать водород чистотой до 99 процентов с минимальными затратами электроэнергии. Также развитая удельная поверхность электродов позволит снизить перенапряжение водорода и увеличить каталитическую активность катодной поверхности.
Таким образом, при помощи технологий электролиза воды и получаемого в результате водорода возможно снизить уровень выбросов углерода в атмосферу, что благоприятно скажется на экологии.
«Электролиз воды применяется для получения чистого водорода, и этот процесс химики всеми способами стараются упростить и удешевить. Мы в ЧелГУ тоже стараемся поддержать этот тренд», – поясняет Наталья Амелина.
Найти применение нанопористым металлам, в частности – нанопористой меди, можно не только в водородной и углеводородной энергетике, но и других отраслях. Этот перспективный материал представляет интерес для различных биотехнологий, для производства высокоселективных датчиков топливных элементов, в литий-ионных батареях.