Российские ученые улучшили свойства катализаторов для производства тяжелой воды

Российские ученые улучшили свойства катализаторов для производства тяжелой воды

Химики из России создали новую методику производства катализаторов на базе платины, которые позволяют получать молекулы тяжелой воды или защищать АЭС от накопления в них опасных количеств газообразного водорода. Об этом в среду сообщила пресс-служба РХТУ имени Д. И. Менделеева со ссылкой на статью в журнале Fusion Engineering and Design.

«В этой работе мы предложили инструмент <…>, чтобы наблюдать, как распределяется платина внутри катализатора, и одновременно контролировать гидрофобность покрытия. Теперь, вооруженные этими методами, мы можем разрабатывать новые, более эффективные катализаторы, — заявил доцент РХТУ Алексей Букин, чьи слова приводит пресс-служба вуза. — Это заметно расширяет диапазон и область применения гидрофобизированных катализаторов изотопного обмена».

Одна из самых сложных задач в химии — создание технологий, позволяющих извлекать только определенные изотопы из природных залежей металлов и других веществ, или же смеси продуктов ядерных и термоядерных реакций. Как правило, почти все существующие подходы требуют больших затрат энергии и других ресурсов и имеют массу ограничений, делающих их малопривлекательными с коммерческой точки зрения.

Букин и его коллеги по РХТУ, а также ученые из Высокотехнологического научно-исследовательского института неорганических материалов имени А. А. Бочвара уже долгое время работают над созданием катализаторов, которые позволяют производить тяжелую воду путем реакций химического изотопного обмена.

Во время подобных взаимодействий атомы дейтерия из одного соединения меняются местами с обычными атомами водорода другого соединения, что позволяет накапливать их и производить из них тяжелую воду. В прошлом в подобных реакциях использовались вода и сероводород, однако большинство подобных заводов тяжелой воды было закрыто в последние годы из-за проблем экологического характера.

Катализаторы нового поколения

По этой причине ученые сейчас разрабатывают катализаторы на базе платины, способные осуществлять подобные реакции изотопного обмена, в которых участвуют молекулы водорода и воды. Российские химики выяснили, как можно значительно повысить эффективность подобных производств тяжелой воды, изучив то, как устроены частицы так называемых гидрофобизированных платиновых катализаторов.

Они представляют собой сложные структуры, состоящие из подложки и нанесенного на нее водоотталкивающего вещества и платинового покрытия. Гидрофобный слой, как отмечают ученые, предотвращает формирование пленки воды на поверхности катализатора, мешающей реакциям изотопного обмена. Структура этого покрытия часто нарушается при нанесении платины, что ученые давно пытаются предотвратить.

Российские химики детально изучили то, как появляются подобные повреждения, создав несколько вариантов катализаторов на базе частиц оксида алюминия, покрытых водоотталкивающей пленкой из кремнийорганических соединений. Эти частицы ученые обработали смесью из соединений платины и разных кислот и проследили за тем, как эта процедура повлияла на их каталитические свойства и структуру.

Проведенные ими опыты указали на то, что активность созданных ими катализаторов заметно отличалась, несмотря на то, что обработка частиц разными соединениями платины привела к примерно одинаковым повреждениям водоотталкивающей оболочки. Причина этого, как обнаружили ученые, заключалась в разном характере распределения платины во внутренних слоях и на поверхности частиц.

Как надеются исследователи, раскрытые ими закономерности помогут оптимизировать работу платиновых катализаторов, а также позволят использовать их для ускорения других реакций. К примеру, химики предлагают использовать подобные вещества в работе атомных реакторов, что одновременно повысит их безопасность и позволит дешево получать тяжелую воду. В ближайшее время ученые планируют проверить эту идею на практике.

Источник: ТАСС