Создана самая вместительная упаковка для молекулярного водорода

Ученые из Института физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна РАН (Черноголовка) предложили хранить водород в полых наносферах из диоксида кремния — из этого соединения состоит опал и кварцевое стекло. Для получения частиц авторы использовали шарообразный синтетический шаблон из органического стекла. На нем с помощью химической реакции между водой и кремнийсодержащим органическим соединением сформировали оболочки из диоксида кремния. После этого шаблон органического стекла выжигали нагревом до нескольких сотен градусов и формировали непроницаемую для многих веществ (кроме водорода) оболочку кварцевого стекла. Диаметр полученных полых наносфер составил 289 нанометров, что сопоставимо с размером многих вирусов, а толщина оболочки — 25 нанометров.

Полученные полые наносферы исследователи насыщали водородом при давлении, в 75 000 раз выше атмосферного, и температуре 140°С. Авторы показали, что соотношение «упакованного» в образцах водорода к диоксиду кремния составляет 0,94, то есть их количество оказалось практически равным (частицы на 48,5% были заполнены водородом). Это самое высокое количество водорода, когда-либо растворенное в «упаковках» из различных силикатов. Исследователи выяснили: 29,8% водорода помещается в полости сфер, а остальная часть — в их оболочках.

Анализ показал, что при нормальном внешнем давлении и температуре -193°С (выше этой температуры водород быстро покидает наносферы), молекулы водорода образуют в полостях наносфер газ, а в их оболочках — твердый раствор. При этом плотность газа в полостях наносфер в 52 раза превышает его плотность при нормальном давлении. Согласно данным, полученным методом сканирующей электронной микроскопии, заполнение наносфер водородом при высоком давлении не повлияло на их форму.

Затем ученые решили проверить, как долго синтезированные частицы способны удерживать водород при хранении в жидком азоте — в условиях очень низкой температуры (-196°С). Оказалось, что после пребывания наносфер в жидком азоте при нормальном давлении содержание водорода в них снизилось на 14% за три дня, но затем перестало меняться. Таким образом, полученные наносферы потенциально могут использоваться для длительного хранения и транспортировки газообразного водорода.