ВОДОРОДГЕНЕРИРУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ АММИНБОРАНА И ЭТИЛЕНДИАМИНБИСБОРАНА: СРАВНЕНИЕ КИНЕТИКИ РЕАКЦИИ ГИДРОЛИЗА: QNBGYR

Анна Михайловна Озерова; Наталья Андреевна Данилова; Оксана Валентиновна Комова; Валентина Ильинична Симагина; Ольга Владимировна Нецкина

doi:10.25712/ASTU.2072-8921.2025.03.035

Авторы

Анна Михайловна Озерова ФГБУН ФИЦ Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН https://orcid.org/0000-0002-4747-6714
Наталья Андреевна Данилова ФГБУН ФИЦ Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН https://orcid.org/0009-0003-7035-0938
Оксана Валентиновна Комова ФГБУН ФИЦ Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН https://orcid.org/0000-0002-4071-2016
Валентина Ильинична Симагина ФГБУН ФИЦ Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН https://orcid.org/0000-0003-2324-2363
Ольга Владимировна Нецкина ФГБУН ФИЦ Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН https://orcid.org/0000-0002-2323-7372

DOI:

https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2025.03.035

Ключевые слова:

амминборан, этилендиаминбисборан, гидролиз гидридов, получение водорода, хранение водорода, кинетика Ленгмюра-Хиншельвуда, адсорбция, энергия активации, катализатор

Аннотация

В статье изложены результаты сопоставительных исследований кинетики каталитического гидролиза борсодержащих гидридов: амминборана (АБ) и этилендиаминбисборана (ЭДББ). Исследования проводились в идентичных условиях при температурах от 20 до 50 °С. В качестве катализатора использовалась оксидная композиция CuO-Co₃O₄, синтезированная методом горения цитрат-нитратного предшественника. Для расчета кинетических параметров была применена модель Ленгмюра-Хиншельвуда, которая позволяет учесть влияние процесса адсорбции гидрида на поверхности катализатора. Результаты показали, что скорости выделения водорода при гидролизе АБ выше, чем в случае ЭДББ. Тем не менее, рассчитанные значения энергии активации оказались близкими: 59,9±0,8 кДж/моль для гидролиза АБ и 55±2 кДж/моль для гидролиза ЭДББ. Было установлено, что более высокая скорость гидролиза АБ связана с его более эффективной адсорбцией на активных центрах катализатора. Так, оптимизированная величина константы адсорбции для АБ составляет 18,5 (моль/л)^-1, в то время как для ЭДББ она ниже и равна 8 (моль/л)^-1, что, вероятно, связано со структурными и электронными характеристиками его молекулы.

Библиографические ссылки

Hydrogen storage technologies for stationary and mobile applications: Review, analysis and perspectives / I.A. Hassan [et al.] // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2021. V. 149. P. 111311. DOI: 10.1016/J.RSER.2021.111311.

Нецкина О.В., Комова О.В., Симагина В.И. Изучение генерации водорода из водно-щелочных растворов боргидрида натрия в проточном реакторе // Ползуновский Вестник. 2017. № 4. С. 103–107.

Твердая водородгенерирующая композиция на основе боргидрида натрия: Изучение генерации водорода в воде, взятой из разных источников / О.В. Нецкина [и др.] // Ползуновский Вестник. 2017. № 3. С. 149–153.

Wang С., Astruc D. Recent developments of nanocatalyzed liquid-phase hydrogen generation // Chemical Society Reviews. 2021. V. 50. P. 3437–3484. DOI: 10.1039/d0cs00515k.

Исследование зависимости скорости генерации водорода при гидротермолизе амминборана от размера его частиц / А.М. Горлова [и др.] // Ползуновский Вестник. 2018. № 4. С. 111–115. DOI: 10.25712/ASTU.2072-8921.2018.04.022.

Coşkuner Ö., Kantürk Figen A. Catalytic semi-continuous operation modes for hydrogen generation from carbon derivatives of ammonia boranes // International Journal of Hydrogen Energy. 2022. V. 47. P. 40304–40316. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2022.02.

CuO-Co3O4 composite nanoplatelets for hydrolyzing ammonia borane / J. Liao [et al.] // ACS Applied Nano Materials. 2021. V. 4. P. 7640–7649. DOI: 10.1021/acsanm.1c00713.

Rattle-structured CuO/Co3O4@C microspheres, a potent bifunctional catalyst for hydrogen production from ammonia borane hydrolysis and methanolysis / Y. Li [et al.] // Applied Surface Science. 2023. V. 636. P. 157840. DOI: 10.1016/j.apsusc.2023.157840.

Coşkuner Filiz B., Kantürk Figen A., Pişkin S. The remarkable role of metal promoters on the catalytic activity of Co-Cu based nanoparticles for boosting hydrogen evolution: Ammonia borane hydrolysis // Applied Catalysis B: Environmental. 2018. V. 238. P. 365–380. DOI: 10.1016/j.apcatb.2018.07.031.

Coşkuner Filiz B., Kantürk Figen A., Pişkin S. Dual combining transition metal hybrid nanoparticles for ammonia borane hydrolytic dehydrogenation // Applied Catalysis A: General. 2018. V. 550. P. 320–330. DOI: 10.1016/j.apcata.2017.11.022.

Co and Co3O4 in the hydrolysis of boron-containing hydrides: H2O activation on the metal and oxide active centers / V.R. Butenko [et al.] // Materials. 2024. V. 17. P. 1794. DOI: 10.3390/MA17081794.

Andrieux J., Demirci U.B., Miele P. Langmuir-Hinshelwood kinetic model to capture the cobalt nanoparticles-catalyzed hydrolysis of sodium borohydride over a wide temperature range // Catalysis Today. 2011. V. 170. P. 13–19. DOI: 10.1016/j.cattod.2011.01.019.

Retnamma R., Novais A.Q., Rangel C.M. Kinetics of hydrolysis of sodium borohydride for hydrogen production in fuel cell applications: A review // International Journal of Hydrogen Energy. 2011. V. 36. P. 9772–9790. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2011.04.223.

Kinetics of Hydrogen Evolution during Ammonia Borane Hydrolysis with Cobalt-Based Catalysts / N.Y. Dyankova [et al.] // Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2023. V. 17. P. 1001–1008. DOI: 10.1134/S102745102305004X.

Non-linear kinetic analysis of catalytic hydrolysis of ethylenediamine bisborane with nano-structured Pd/TiO2 catalyst / O.S. Angı [et al.] // International Journal of Hydrogen Energy. 2022. V. 47. P. 40430–40444. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2022.04.153.

Cobalt oxide catalyst for hydrolysis of sodium borohydride and ammonia borane / V.I. Simagina [et al.] // Applied Catalysis A: General. 2011. V. 394. P 86–92. DOI: 10.1016/j.apcata.2010.12.028.

Kinetics of sodium borohydride hydrolysis reaction for hydrogen generation / A.J. Hung [et al.] // International Journal of Hydrogen Energy. 2008. V. 33. P. 6205–6215. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2008.07.109.

Coşkuner Filiz B, Pişkin S. Investigation on activities of metal oxides catalyzed ammonia borane hydrolysis // Sigma Journal Engineering and Natural Sciences. 2016. V. 34. P. 159–173.