Физика Низких Температур: Том 46, Выпуск 10 (Октябрь 2020), c. 1216-1226    ( к оглавлению , назад )

Низкотeмпературная сорбция водорода пористым углеродным материалом, содержащим нанокластеры палладия

А. В. Долбин1, В. И. Дубинко2, Н. А. Винников1, В. Б. Есельсон1, В. Г. Гаврилко1, Р. М. Баснукаева1, М. В. Хлыстюк1, С. В. Чередниченко1

В. О. Коцюбинский3, В. М. Бойчук3, П. И. Колковский3

1Физико-технический институт низких температур им. Б. И. Веркина Национальной академии наук Украины, Харьков, 61103, Украина
E-mail: dolbin@ilt.kharkov.ua

2Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт», Харьков, 61108, Украина

3Прикарпатский национальный университет им. Василия Стефаника, Ивано-Франковск, 76018, Украина

Статья поступила в редакцию 21 августа 2020 г., опубликована онлайн 22 июля 2020 г.

Анотация

В температурном интервале 8–290 К исследована сорбция изотопов водорода композитным наноструктурным углеродным материалом, содержащим кластеры палладия со средним размером 3–5 нм. Исследования показали, что суммарное количество сорбированного водорода сильно зависит от методики изготовления композита и составляет 2–4,5 % массы образца. В кинетике сорбции и десорбции водорода композитом выделены два процесса с характеристическими временами, различающимися более чем на порядок. Относительно быстрый процесс, предположительно, соответствовал заполнению молекулами водорода полостей углеродной матрицы, более длительный — диффузии водорода в кристаллическую решетку нанокластеров палладия. В температурных зависимостях коэффициентов диффузии водорода и дейтерия в композитных образцах выделены две температурных области. Выше 60 К значения энергии активации диффузии в содержащем нанокластеры палладия образце более чем в два раза превышали значения, полученные для исходной углеродной матрицы. Ниже 60 К коэффициенты диффузии дейтерия в исходной углеродной матрице слабо зависели от температуры, тогда как в случае диффузии водорода и дейтерия в нанокластеры палладия изменение характера температурной зависимости наблюдалось при более низкой температуре (~ 30 К), причем ниже этой температуры энергия активации уменьшилась примерно на порядок.

Анотація

У температурному інтервалі 8–290 К досліджено сорбцію ізотопів водню композитним наноструктурним вуглецевим матеріалом, що містить кластери паладію із середнім розміром 3–5 нм. Дослідження показали, що сумарна кількість сорбованого водню сильно залежить від методики виготовлення композиту і становить 2–4,5% маси зразка. У кінетиці сорбції та десорбції водню композитом виділено два процеси з характерним часом, які відрізняються більш ніж на порядок. Відносно швидкий процес, вірогідно, відповідав заповненню молекулами водню порожнин вуглецевої матриці, більш тривалий процес — дифузії водню в кристалічну решітку нанокластерів паладію. У температурних залежностях коефіцієнтів дифузії водню і дейтерію в композитних зразках спостерігалися дві температурні області: вище 60 К значення енергії активації дифузії в зразку, що містив нанокластери паладію, більш ніж у два рази перевищували значення, які були отримані для чистої вуглецевої матриці. Нижче 60 К коефіцієнти дифузії дейтерію в чистій вуглецевій матриці слабко залежать від температури, тоді як у разі дифузії водню і дейтерію в нанокластери паладію зміна характеру температурної залежності спостерігалася за нижчої температури (~ 30 К), причому нижче цієї температури енергія активації зменшилася приблизно на порядок.

Ключевые слова: низкотемпературная сорбция изотопов водорода, нанокластеры палладия, кинетика сорбции, коэффициенты диффузии.