Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) разработали уникальную технологию получения перспективного материала – кубического карбида вольфрама высокой чистоты. Он сможет заменить дорогие платиновые катализаторы и снизить стоимость получения водородного топлива. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Journal of Alloys and Compounds.

Водород широко применяется при нефтепереработке и производстве удобрений. Также это очень перспективное экологичное топливо, которое при сгорании дает чистую воду. Стоимость получения водорода прямо влияет на развитие энергетики, поэтому многие научные коллективы в мире ищут способ заменить новыми материалами традиционные, очень дорогие катализаторы из металлов платиновой группы.

Перспективный материал для применения в этой сфере – кубический карбид вольфрама высокой чистоты. По словам ученых, его очень сложно получить в обычных условиях, для синтеза необходима температура около 3000°С и высокая скорость охлаждения. Коллективу ученых под руководством доктора технических наук, профессора ТПУ Александра Сивкова удалось получить этот материал высокой чистоты (до 95%) благодаря уникальной научной установке – коаксиальному магнитоплазменному ускорителю.

Установка позволяет достичь высокой температуры и стремительного охлаждения при помощи сверхбыстрых плазменных струй. В качестве исходных материалов используются доступные и относительно дешевые порошки вольфрама и технического углерода, которые предварительно помещаются в ускоритель. При истечении плазменной струи в рабочую камеру исходные порошки в ходе плазмохимической реакции превращаются в кубический карбид вольфрама.

По словам доцента отделения электроэнергетики и электротехники ТПУ Ивана Шаненкова, особенности плазмодинамического синтеза (создание сверхбыстрых плазменных струй более 3 км/с, высокая скорость охлаждения, импульсный характер процесса длительностью менее 1 мс) позволяют формировать наноразмерные (менее 70 нм) частицы кубического карбида вольфрама в углеродных оболочках.

"Такие структуры успешно применяются в реакции получения водорода из воды посредством электрокатализа. Это позволит минимизировать использование редких и дорогостоящих благородных металлов платиновой группы", – рассказал он РИА Новости.

По его словам, задачей синтеза композитных материалов на основе кубического карбида вольфрама занимаются несколько научных коллективов по всему миру. Разработка плазмодинамического метода синтеза позволила преодолеть большинство ограничений, связанных с возможностью получения этого материала. Ученые ТПУ совместно с исследователями из Цзилиньского университета и университета Циндао (Китай) подтвердили высокий потенциал применения материала для электрокаталитического получения водорода.

В ближайшем будущем ученые планируют научиться управлять характеристиками материала, чтобы еще больше повысить каталитическую активность материала и полностью отказаться от использования дорогостоящих благородных металлов.

Исследование было выполнено в рамках реализации гранта РНФ № 19-13-00120.