В России создали новые высокоэнтропийные материалы для хранения водорода и метана

Коллектив российских ученых из РТУ МИРЭА, РУДН и Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» синтезировал уникальные многокомпонентные металл-органические каркасные соединения на основе редкоземельных элементов. Эти перспективные материалы предназначены для эффективной адсорбции и безопасного хранения газов, а также могут применяться для очистки воды и в качестве катализаторов химических реакций. Результаты работы отечественных исследователей были опубликованы в научном издании Journal of Molecular Structure.

Металл-органические каркасы представляют собой пористые гибридные структуры, состоящие из ионов металлов, связанных органическими молекулами-линкерами. Особенность новой разработки заключается в том, что полученные соединения относятся к так называемым высокоэнтропийным материалам. В таких структурах пять или более различных атомов хаотично занимают одну и ту же позицию в кристаллической решетке. Подобная сложность придает материалу уникальные физико-химические свойства, недостижимые для простых аналогов.

В состав синтезированных российскими специалистами соединений вошли от пяти до семи редкоземельных элементов. Среди них ученые использовали самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий и эрбий. Эксперименты показали, что объединение столь разных тяжелых металлов в рамках одной кристаллической решетки значительно повышает химическую устойчивость материала. Это критически важно для его практического использования в агрессивных промышленных средах.

Лабораторные испытания подтвердили, что новые каркасные структуры способны эффективно поглощать и удерживать метан, водород и водяной пар. При этом наиболее выраженную эффективность соединения продемонстрировали при связывании паров воды. Способность надежно удерживать молекулы газов внутри пор открывает широкие возможности для их транспортировки при относительно низком давлении, что делает этот метод гораздо безопаснее традиционных способов хранения в баллонах.

Развитие технологий аккумулирования газов сегодня является ключевым фактором для перехода к экологически чистой энергетике. Безопасное хранение водорода и метана представляет собой сложную инженерную задачу, так как эти газы требуют либо сверхвысокого давления, либо экстремального охлаждения. Использование высокоэнтропийных металл-органических каркасов отечественной разработки может решить эту проблему, обеспечив высокую плотность хранения газов в обычных температурных условиях.