Юный техник, 2015 № 01

ГОРИЗОНТЫ НАУКИ И ТЕХНИКИ Топливо из воды

«В результате электролиза ток от железоникелевой батареи, протекающий между анодом и катодом, расщепляет воду на водород и кислород, — пишут ученые. — Реакция происходит в комнатных условиях, при небольшом напряжении и совершенно безопасна».

Далее исследователи из группы профессора Хонгджи Дэя приводят такие подробности. Основой данной технологии стал новый катализатор, который не содержит ни дорогой платины, ни редкого иридия, а состоит из соединений никеля и железа — элементов, которые находятся в изобилии на Земле.

«В течение нескольких десятилетий ученые занимались поисками дешевого эффективного катализатора, при помощи которого процесс электролиза может идти при комнатной температуре и низком электрическом напряжении, — рассказал профессор Дэй. — В конце концов, нам удалось наткнуться на сложное соединение никеля и железа, которое работает столь же эффективно, как и платина. Это стало для нас полной неожиданностью».

Основное открытие было сделано Мингом Гонгом, аспирантом профессора Дэя. «Минг обнаружил соединение, которое в роли катализатора выступает эффективней чистого никеля, железа или оксидов этих металлов, — продолжал профессор Дэй. — Это соединение очень эффективно разлагает воду на кислород и водород, хотя мы еще не полностью понимаем, как именно это происходит».

Пока опытные образцы способны непрерывно работать лишь в течение нескольких дней. А для масштабного применения таких катализаторов требуется ресурс непрерывной работы, исчисляющийся месяцами и годами.

«Результаты наших последних исследований позволят нам надеяться на получение больших сроков службы электродов из нового катализатора, — рассказал профессор Дэй. — И после этого нашу технологию можно будет широко использовать для прямого получения водорода при помощи энергии солнечных лучей или ветра».

Исследователи считают, что их открытие найдет применение в качестве альтернативы современным бензиновым двигателям. А там, глядишь, дело дойдет и до заправки ракет при помощи солнечных батарей и нового катализатора. Вода ведь есть не только на нашей планете, но и в космосе.

Лабораторная установка ученых из Стэнфордского университета настолько проста, что ее вполне можно воспроизвести в школьной лаборатории или дома. Единственная загвоздка — где взять катализатор, точный состав которого исследователи держат в секрете.

Компьютерное изображение катализатора содержит лишь намек на его состав.

ВОДОРОДНОЕ СУПЕРТОПЛИВО

Группа исследователей из МФТИ вместе с коллегами из Китая и США теоретически обосновала возможность синтеза нового соединения водорода с формулой H₆O. Это вещество должно образовываться при сжатии воды до 400 тыс. атмосфер. А если его удастся стабилизировать при меньших давлениях, оно сможет стать практически идеальным супертопливом на основе водорода.

Детали исследования опубликованы в журнале Scientific Reports. Ведущий автор — руководитель лаборатории компьютерного дизайна материалов Артем Оганов, о котором мы уже писали в «ЮТ» № 4 за 2014 год.

Он рассказал, что вещество пока не может иметь практического применения из-за нестабильности при более низких давлениях. «Но если удастся найти способ получать и стабилизировать соединение при давлении хотя бы 2–3 гигапаскаля, то оно могло бы быть революционным не только для ракетного, но даже для автомобильного топлива. Оно универсальное, чистое и исключительно энергоемкое», — подчеркнул ученый.

Новое соединение, предсказанное Артемом Огановым при помощи разработанного им же метода USPEX, на молекулярном уровне представляет собой объемную решетку из молекул воды с дополнительными молекулами водорода внутри ячеек.

Структура разных форм воды при высоких давлениях.

USPEX — сокращение от полного названия Universal Structure Predictor Evolutionary Xrystallography. Однако сходство с русским словом «успех» не случайно, подчеркнул исследователь. Метод предполагает успешное моделирование самых разных химических соединений. Атомы индивидуально моделируются как квантовые объекты, а не рассматриваются как твердые сферы с заранее заданными параметрами.

Такой подход обеспечивает более высокую точность, но требует значительных вычислительных ресурсов. И все же он исключительно перспективен, поскольку позволяет моделировать как сравнительно простые вещества вроде хлорида натрия, так и сложные органические молекулы. С помощью метода USPEX уже удалось показать, что хлориды щелочных металлов (NaCl, обычная поваренная соль, — один из них) при высоком давлении переходят в ранее неизвестные вещества с необычной атомной структурой.