Исследователи из японского Институт физико-химических исследований RIKEN впервые получили и изучили новый класс гетерометаллических соединений, уникальные свойства которых могут оказаться важными для прорыва в разработке удобных технологий топливных ячеек.

Новые кластерные структуры представляют собой ранее неизвестные комбинации редкоземельных и переходных металлов, идеально подходящих для компактного хранения водорода.

Рис. 1. Обратимое присоединение и высвобождение водорода
из полигидридных гетерометаллических кластеров (сверху).
Изменение структуры гидридного кластера при этом напоминает
движение пантографа-токоприемника трамвая или электропоезда
(снизу). (Рисунок из Nature Chemistry, 2011; DOI: 10.1038/NCHEM.1147).

Наиболее распространенный во Вселенной элемент – водород – рассматривается как источник чистой и возобновляемой энергии, единственным сопутствующим продуктом при выделении которой является вода, что позволяет избежать многих опасностей для окружающей среды, связанных с существующими основными методами получения энергии.

Однако переходу к водородной энергетике существенно препятствуют проблемы, связанные с хранением и транспортировкой водорода.

Одним из методов решения проблемы хранения и транспортировки водорода является использование для хранения водорода гидридов металлов. В соответствии с этим подходом при образовании гидрида металла образуется твердое соединение, естественно занимающее гораздо меньший объем, чем эквивалентное количество газообразного водорода, а также, зачастую отличающееся меньшей опасностью, чем сам водород. Извлечение водорода из гидрида может производиться за счет увеличения температуры или в результате какого-либо другого воздействия.

В состав новых гетерометаллических кластеров, полученных учеными из RIKEN, входят редкоземельные металлы и d-металлы, при этом полученные системы сохраняют в себе положительные качества обоих типов металлов. В отличие гидридов многих других металлов гидриды редкоземельных элементов можно изучать методом рентгеноструктурного анализа, что облегчает работы по разработке моделей и систем-прототипов для хранения водорода.

Однако, к сожалению, гидриды редкоземельных элементов не способны к обратимому поглощению и испусканию водорода, в новых системах такой процесс стал возможным благодаря введению в их состав таких переходных металлов как вольфрам и молибден.

Хотя гетерометаллические гидриды, содержащие и редкоземельные и переходные металлы, изучались и ранее, основной целью исследователей из RIKEN были гидриды, содержащие несколько атомов редкоземельного элемента с составом Ln4MHn (Ln – редкоземельный металл-лантаноид, например, иттрий, M – вольфрам или молибден и H – водород).

Исследование этих систем показало, что эти комплексы отличаются уникальной реакционной способностью в обратимом поглощении водорода, их свойства могут оказаться очень полезными для разработки будущих гидридных систем хранения и транспортировки водорода.