Ученые Уральского федерального университета совместно с коллегами из Индии, Китая и Южной Кореи синтезировали трехмерный пористый полимер, который способен восстанавливать кислород с выделением электрохимической энергии.
Фото: Роман Яровицын, Коммерсантъ / купить фото
Фото: Роман Яровицын, Коммерсантъ / купить фото
В отличие от современных топливных элементов, активность которых блокируется из-за образующегося в ходе их работы метанола, новый материал обладает устойчивостью к его воздействию. Подобные свойства полимера обнадеживают: потенциал его использования в двигателях велик, он поможет смягчить энергетический кризис и улучшить экологическую ситуацию.
Ученые выяснили, что синтезированный полимер проявляет окислительно-восстановительную активность за счет атомов азота, входящих в его состав. Кислород, контактируя с этим веществом, забирает электроны (то есть восстанавливается), превращается в воду, и происходит выделение энергии. Исследователи предложили механизм этой реакции, состоящий из четырех последовательных стадий.
«Наличие азотных центров обеспечивает альтернативный подход к восстановлению кислорода благодаря переключению азота из степени окисления 3+ в 5+ и назад. Но это совершенно другой механизм, и по энергетике он чаще всего проигрывает традиционно используемым переходным металлам»,— рассказывает Данил Бухвалов, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник кафедры теоретической физики и прикладной математики УрФУ.
Пока непонятно, насколько будет успешно применение каталитических полимеров в энергетике. Выгода их использования в том, что в состав этих материалов входят распространенные элементы, такие как азот, водород, углерод и кислород. Каталитические полимеры пористые и имеют довольно большую площадь активной поверхности, но пока недостаточно эффективны.
«Открывается огромное поле для работы — вполне вероятно, что из множества видов полимерных материалов с азотными центрами удастся выбрать такой, который по эффективности будет сравним с переходными элементами и окажется химически устойчив. Трудность в том, что при повышении каталитической активности вещества уменьшается его стабильность. Другая проблема полимеров — их изготовление. Это многоступенчатый процесс, и не факт, что он будет экономически оправдан»,— подводит итог Данил Бухвалов.