Новости химической науки > Обратимая активация водорода без металлокомплексов

Одним из перспективных направлений в области промышленного гидрирования а также для создания водородных топливных ячеек является разработка способов запасания и хранения водорода.

Основное требование для таких «водородных резервуаров» – легкость как поглощения, так и высвобождения ими водорода при необходимости. В настоящее время основной акцент в разработке систем хранения водорода делается на использование металлоорганических производных, о чем уже сообщалось на нашей новостной ленте 26 ноября. Об использовании для обратимого связывания водорода классических органических соединений, как правило, отличающихся большей стабильностью в сравнении с металлоорганическими аналогами, практически не сообщалось.

Профессор химии Дуглас Стефан (Douglas W. Stephan) и его соавторы, работающие в Университете Виндзора в Онтарио разработали способ обратимого связывания водорода низкомолекулярным органическим соединением, не содержащим атомов переходного или непереходного металла. Ими получен фосфонийборат, который при нагревании высвобождает водород с образованием фосфиноборана. Боран реагирует с водородом при комнатной температуре, регенерируя фосфонийборат.

Результаты рентгеноструктурных исследований фосфонийбората (A) и фосфиноборана (B). Атомы водорода за исключением связей PH и BH соединения (А) опущены для ясности. Черным цветом обозначен углерод, оранжевым – фосфор, розовым – фтор, желто-зеленым – бор, красным – кислород, серым – водород. (C) – взаимопревращения соединения (A) (бесцветный раствор) и (B) (красный раствор) в толуоле. (По материалам Science)

В фосфонийборате с атомом фосфора связан водород, имеющий существенный положительный заряд, а с атомом бора – атом водорода, заряженный отрицательно. Исследователи предполагают, что при нагревании связь Р–Н претерпевает гетеролитический распад, и протон, образовавшийся в результате этой диссоциации, мигрирует к гидридному протону связи В–Н, отрывая его и образуя молекулу водорода. Обратная реакция, по мнению ученых, начинается с гидрирования водородом бора, инициирующего поляризацию и ионный распад связи Н–Н. Образовавшийся при этом распаде протон атакует атом фосфора.

Полученное канадскими химиками соединение связывает только 0,25% водорода (по массе), что, конечно же, еще далеко от 6 – 9% аккумулирования водорода. Именно такое количество обратимо связываемого водорода, как считают эксперты, позволит использовать водородозапасающие материалы на практике.

Другие перспективные, «безметалльные» системы запасания водорода построены на основе аммонийборанов. Эти системы способны выделять значительное количество водорода по отношению к своей массе. Однако, потеря этими соединениями водорода приводит к образованию нитрида бора, вещества достаточно инертного, превратить которое в аммонийбораны действием водорода практически невозможно. Положительным качеством новой системы, таким образом, является легкость, с которой она как запасает, так и испускает водород.

Исследовательская группа изучает способы, с помощью которых надеются увеличить содержание водорода в разработанной системе. Руководитель работ Дуглас Стефан заявляет, что хранение водорода – не единственный способ потенциального применения синтезированного фосфонийбората. Не меньшую перспективу он видит в использовании полученных «акцепторов водорода» в каталитических системах.

Источник: Science 2006, 314, 1124