Ефимченко В.С.   Короткова М.А.   Мелетов К.П.   Сухинина Н.С.   Масалов В.М.   Емельченко Г.А.  

Создание наноразмерных контейнеров молекулярного водорода из диоксида кремния

Докладчик: Ефимченко В.С.

Размещение водорода в полых микросферах кварцевого стекла ранее предлагалась как один из возможных способов его хранения [1]. Помимо этого, различные дейтеросодержащие микросферы также предлагается использовать как топливные мишени в инициируемых лазером термоядерных реакциях [2]. Для того чтобы изучить возможность внедрения водорода внутрь полых кремнеземных наносфер и его последующее удержание при атмосферном давлении, при давлении P=7.5 ГПа и T=140 °C было проведено гидрирование опаловых матриц, состоящих из полых наносфер кремнезема диаметром 300 нанометров и толщиной оболочки около 30 нанометров. По данным термодесорбции, гидрированные наносферы содержали X=0.94 (кремнезем) молей водорода на один моль вещества. Выделение водорода происходило при температурах от T=-196 до 0 °С. При хранении в жидком азоте количество растворенного водорода в кремнеземных полых наносферах уменьшилось до X=0.8 в течение трех дней и в дальнейшем не изменялось. Последующее изучение методом сканирующей электронной микроскопии показало сохранение формы наносфер после их гидрирования и дегидрирования. 
Рамановские спектры, измеренные при температуре -190 °С и атмосферном давлении показали, что водород в наносферах кремнезема находится в виде молекул. Линия вибрационных колебаний молекулярного водорода, в области частот 4140–4180 см-1 содержала нескольких пиков с различной шириной и частотой. Мы предполагаем, что широкий пик с частотой 4154 см-1 соответствует молекулярному водороду, растворенному в кремнеземной оболочке полой наносферы, а интенсивный узкий пик с частотой 4160 см-1 соотносится с газообразным водородом, внедренным внутрь её полости. Проведённая оценка плотности водорода, находящегося в пустотах субмикронных сфер, показала величину ρ≈0.02 г/см3, что на два порядка больше плотности газообразного водорода при атмосферном давлении и температуре 80 К.

Работа выполнена при поддержке РНФ проект № 23–23–00426.

Литература:

1. Schmitt M. L., Shelby J. E., Hall M. M. Preparation of hollow glass microspheres from sol–gel derived glass for application in hydrogen gas storage // J. Non-Cryst. Solids, 352, 2006, p. 626,
2. Меркульев Ю.А. Миниатюрные критические массы термоядерного горючего и делящихся элементов // Препринт. ФИАН. 2010. 136 с


К списку докладов