ТОМСК, 29 апр – РИА Томск. Ученые Томского политехнического университета
(ТПУ) разработали безвакуумный электродуговой способ получения карбида
молибдена; этим материалом можно заменять дорогостоящие катализаторы на основе
металлов платиновой группы в реакциях получения водорода из воды для технологий
возобновляемой энергетики, рассказал РИА Томск руководитель проекта Александр
Пак.
Ранее сообщалось, что ученые ТПУ в 2019 году разработали безвакуумный
электродуговой реактор для получения сверхтвердых материалов на основе карбидов
титана, который позволяет удешевить синтез материалов для компонентов силовой
электроники, керамических сверхтвердых пластин
и других изделий по сравнению с прямыми плазменными аналогами.
© с сайта ТПУ
Пак пояснил, что группа ученых Научно-исследовательского центра
"Экоэнергетика 4.0" ТПУ в рамках гранта президента РФ сейчас реализует
проект по синтезу порошков карбида молибдена с помощью авторской безвакуумной
электродуговой методики. Статья об исследованиях по теме была
опубликована в ряде российских и зарубежных журналов, а основы методики
зарегистрированы рядом патентов.
Технологии для возобновляемой энергетики
Как рассказал ученый, в возобновляемой энергетике водород часто получают
путем разделения воды на водород и кислород. Обычно в таких процессах
применяются дорогостоящие катализаторы из платины, палладия, иридия –
"материалов, которые в прямом смысле слова дороже золота". Однако их
можно полностью или частично заменять более дешевыми материалами с похожими
свойствами, в том числе и карбидом молибдена.
"Наша научная группа синтезирует каталитически активные материалы на
основе карбида молибдена для применения их в составе катализаторов для синтеза
водорода из воды – то есть для применения в водородной энергетике, для генерации
водорода. Реализуем процесс собственным безвакуумным электроразрядным
методом", – пояснил Пак суть их работы.
Он дополнил, что частицы карбида молибдена для водородной энергетики должны
быть "наноразмерными" – очень маленькими. Кроме того, они должны
характеризоваться высокой удельной поверхностью и не должны
"слипаться". Этого можно достичь, синтезируя наноразмерные кристаллы
карбида молибдена в углеродной матрице. Именно это и удалось сделать ученым в
данном проекте.
Как это работает
© РИА Томск. Павел Стефанский
Как рассказал Пак, карбиды металлов – это вещества, получаемые путем
соединения атомов металлов с углеродом. Группа политехников занимается
разработками в области получения карбидов титана, вольфрама и молибдена. Принцип
работы их метода основан на дуговом разряде, при котором достигаются высокие
температуры в несколько тысяч градусов, позволяющие углероду соединиться с
металлами.
Они используют собственную установку, основное преимущество которой –
реализация синтеза без применения вакуумного оборудования или инертных газов.
Они используют электродуговой метод в открытой воздушной среде. Это позволяет
удешевить и упростить процесс синтеза. Устройство также затрачивает меньше
энергии и отличается высокой производительностью: его рабочий цикл – несколько
секунд.
"Таким образом, мы повышаем эффективность электродуговых методик: то
есть мы делаем проще, дешевле и с пониженной энергоемкостью, соответственно, с
повышенной энергоэффективностью и повышенной производительностью в сравнении с
прямыми электродуговыми аналогами. Материалы на выходе получаются типичными, то
есть "не хуже" аналогов", – рассказывает ученый.
Реализация синтеза в корпусе установки в открытой воздушной среде возможна
благодаря "облачку" газов, которое генерируется при горении дугового
разряда. Благодаря специальной форме электродов "облачко" окружает
реакционную зону и тем самым экранирует ее от окислительной среды, то есть
воздуха.
"Облачко" существует достаточно продолжительное время, чтобы
температура в реакционной зоне после погасания разряда снизилась, и процесс
синтеза завершился. После того, как это "облачко" рассеется,
материалы уже не окисляются, и мы получаем карбид молибдена в открытом воздухе
вместо его оксида", – пояснил Пак.
Установка пока не может работать в полостью автоматизированном режиме и не
готова к промышленному внедрению. Однако некоторого уровня ее автоматизации
ученые уже достигли и продолжают его повышать.
"Недавно выпустили два авторских свидетельства на программное
обеспечение для управления этой системой и обеспечения повторяемости
результатов. Сейчас разрабатываем автоматизированное рабочее место, системы
противоаварийной защиты ", – рассказал ученый.