МOF-структуры решат проблему водородного топлива?

В отличие от бензина и этанола, водород — экологически более чистый вид топлива, поскольку при его сгорании образуется вода. Однако широкому использованию водорода мешает то обстоятельство, что этот взрывоопасный газ трудно хранить при обычных условиях. Одним из решений этой проблемы является хранение газа в порах специальных материалов — металло-органических структур-каркасов (MOF), называемых также «кристаллическими губками».

Подобные структуры, изобретенные в начале 90-х годов прошлого века проф. Омаром Яги (Omar Yaghi) из Мичиганского университета, уже успешно применяются для накапливания метана и могут использоваться для очистки атмосферы от промышленных выбросов, но с водородом дело обстоит немного сложнее. По оценке министерства энергетики США, для практического использования содержание водорода в MOF должно составлять не менее 6,5% от массы всей структуры. Прежде исследователям не удавалось достигнуть этого уровня.

Группа химиков из университетов Калифорнии и Мичигана под руководством проф. Яги недавно объявила о создании MOF-структуры, в которой может содержаться до 7,5% водорода, что является своего рода рекордом. Однако хранение водорода осуществимо при очень низких температурах — около 77^o К. Тем не менее, химикам удалось решить проблему хранения газа при атмосферном давлении.

MOF-структуры представляют собой кристаллические губки с наноразмерными порами. Их можно сделать настолько пористыми, что один грамм MOF будет иметь общую поверхность, равную площади футбольного поля. Структурами MOF можно легко управлять, а сами они могут производиться из относительно дешевых компонентов — например, оксида цинка (применяется в солнцезащитных кремах) и терефталата (применяется при производстве пластиковых бутылок). Лаборатория проф. Яги изготовила больше чем 500 вариантов MOF с разнообразными свойствами и структурами.

«Проблема водородного топлива заключается в хранении достаточного количества водорода в малом объеме, чтобы автомобиль мог проехать без дозаправки около 400 км, — комментирует проф. Яги. — Этого можно достичь путем сжатия водорода при низких температурах. Но мы предлагаем хранить водород внутри пористого материала».

Компактные водородные MOF-структуры могут использоваться не только в автомобилях, но и в элементах питания сотовых телефонов, ноутбуков, цифровых камер и других мобильных устройств.

Сейчас команда проф. Яги разрабатывает MOF, позволяющие хранить водород при обычных температурах (0^o — 45^o С). Ранее ученые продемонстрировали, что в MOF-структурах можно хранить огромные количества углекислого газа при обычных условиях, что открывает перспективы их применения в процессе очистки промышленных и автомобильных выбросов.