Композитные материалы на основе углерода и палладия — разработка красноярских ученых

Красноярские ученые из Научного центра СО РАН разработали инновационные нанокомпозитные материалы на основе углерода и палладия, обладающие улучшенными электрохимическими свойствами. Эти материалы способны значительно повысить эффективность электрохимических процессов, что открывает новые перспективы для создания высокопроизводительных энергетических технологий. Результаты исследования опубликованы в Журнале Технической Физики.

В высокотехнологичных отраслях композитные материалы постепенно вытесняют традиционные благодаря возможности комбинировать свойства различных компонентов. Это позволяет создавать материалы с заданными характеристиками, адаптированными под конкретные условия эксплуатации. В данном случае сочетание углерода и палладия обеспечивает уникальные электрохимические и каталитические свойства, что делает их перспективными для применения в энергетике, датчиках и электрохимических устройствах.

Особенности синтеза и структуры новых материалов

Для создания нанокомпозитов ученые использовали метод плазмохимического синтеза, основанный на воздействии низкочастотного дугового разряда. В качестве электродов применялись графитовые стержни, содержащие смесь графита и палладия. Под воздействием плазмы (температура свыше 1400°C, давление 130 кПа) происходило распыление исходных материалов с последующим формированием наночастиц.

В результате синтеза был получен углеродный порошок с нанодисперсным палладием. Дальнейший нагрев в кислородной среде привел к разделению материала на два типа образцов:

• Углерод с незначительными примесями оксида палладия (черный порошок);
• Материал с высокой концентрацией палладия и его оксидов (светло-серый, губчатой структуры).

Интересно, что в процессе синтеза углерод из графита трансформировался в фуллерены — молекулярные структуры, напоминающие по форме футбольный мяч. Размер частиц палладия варьировался от 4 до 20 нм.

Электрохимические свойства и перспективы применения

Исследование показало, что электрохимическая активность полученных материалов существенно различается. Наибольшую эффективность продемонстрировали исходный углеродный порошок и образец с оксидами палладия. Эти материалы способны ускорять реакции окисления и восстановления, требуя меньших энергозатрат и обеспечивая высокую производительность.

Ученые связывают высокую электрохимическую активность с двумя факторами: наличием углерода в форме фуллеренов, обладающих высокой электронной проводимостью и присутствием наночастиц палладия и его оксидов, которые выступают эффективными катализаторами.

Благодаря этим свойствам новые композиты могут найти применение в:

• Топливных элементах — для повышения эффективности преобразования энергии;
• Аккумуляторах — с целью увеличения скорости заряда-разряда и долговечности;
• Электрохимических датчиках — для улучшения чувствительности и стабильности работы.

По словам Григория Чурилова, доктора технических наук и руководителя исследования, разработка таких композитов позволяет сочетать преимущества углерода и палладия, минимизируя их недостатки. Плазмохимический синтез открывает новые возможности для создания высокоактивных и стабильных наноматериалов.

Данное исследование представляет собой важный шаг в развитии материалов для энергетики, предлагая решения для более эффективного хранения и преобразования энергии. В перспективе эти материалы могут быть масштабированы для промышленного применения, способствуя развитию экологически чистых и высокопроизводительных энергетических технологий.