В России работает несколько научных институтов. Среди них — Институт имени Курнакова, Институт элементоорганических соединений имени Несмеянова, «Курчатовский институт», Институт имени Арбузова в Казани и Университет нефти и газа имени Губкина. Ученые из этих организаций вместе сделали важную вещь. Они создали новый катализатор на основе одного атома рутения. Его задача — добывать очень чистый водород из обычной воды.

Зачем это нужно? Чистый водород называют «зеленым» топливом. Он также нужен химической промышленности в качестве реагента. Но есть проблема. Обычно для получения водорода используют платину и другие дорогие металлы. Из-за этого технология выходит дорогой. Ученые ищут способ удешевить процесс.

Авторы нового исследования нашли выход. Вместо платины можно использовать особые соединения рутения. Они выглядят как крошечные клетки, содержащие хлор. Причем рутений там находится в виде единичных атомов.

Как это сделали? Рассказывает один из авторов работы, Мария Теплоногова (кандидат химических наук, младший научный сотрудник лаборатории ИОНХ РАН). Вот ее слова (мы их сохранили без изменений):

На первом этапе был разработан новый подход к получению таких реакционноспособных производных этого кинетически инертного иона металла, использующий ион рутения как матрицу. Один из полученных металлокомплексов этого типа был выбран для направленной функционализации на достижение сорбционных характеристик, позволяющих осуществить его сильную физическую адсорбцию на поверхность ряда практически-важных углеродных материалов. По данным электрохимических и электрокаталитических методов исследований, полученный таким образом функциональный органо-неорганический каталитический материал с иммоболизованным монослоем такого комплекса рутения является эффективным электрокатализатором получения водорода в гомогенных растворах.

Попробуем объяснить проще. Исследователи взяли ион рутения как основу. Они получили активное соединение и заставили его прочно прилипнуть к поверхности углеродного материала. Получился гибридный катализатор — органика плюс неорганика. Сверху на угле осел всего один слой комплексов рутения. Такой материал отлично ускоряет реакцию выделения водорода в растворах.

В чем выгода? Обычно на электроды наносят платиновые порошки. Это требует много драгоценного металла. Новый метод использует монослойную адсорбцию (то есть тончайшую пленку). Благодаря этому расход платиновых металлов снижается в тысячи и даже миллионы раз. Вот список того, что станет доступнее:

• Полупромышленные электролизеры для разложения воды.
• Топливные элементы.
• Водородные компрессоры и концентраторы.

Исследование поддержало Министерство образования и науки России. Деньги выделили по программе Научного центра мирового уровня «Центр рационального использования редкометального сырья».