alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейсalternative-1021Research ArticleВОДОРОДНАЯ ЭКОНОМИКАHYDROGEN ECONOMYГИДРИРОВАНИЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ CeCo3 ВОДОРОДОМ И АММИАКОМHYDROGENATION OF INTERMETALLIC COMPOUND CeCo3 WITH HYDROGEN AND AMMONIAФокинВ. Н.FokinV. N.

канд. хим. наук, ст. науч. сотрудник

Ph.D. (chemistry), Senior Researcher 

fvn@icp.ac.ruФокинаЭ. Э.FokinaE. E.

науч. сотрудник 

Researcher 

fvn@icp.ac.ruТарасовБ. П.TarasovB. P.

канд. хим. наук, зав. лаб. 

Ph.D.(chemistry)

fvn@icp.ac.ruИнститут проблем химической физики РАНРоссияInstitute of Problems of Chemical Physics of RASRussian Federation201717052017010-125562Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20172017Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/1021

Исследовано взаимодействие интерметаллического соединения CeCo3 с водородом (давление 25 атм) и аммиаком (давление 6–8 атм) при температурах 20–450 ºC: установлен состав продуктов, определены условия образования гидридных и нитридных фаз. Показана зависимость направления реакции интерметаллида с аммиаком, проходящая в присутствии NH4Cl (10 мас. % от количества интерметаллида) как активатора, от температуры. Установлено образование гидридной фазы состава CeCo3H4 при гидрировании интерметаллида CeCo3 как водородом, так и аммиаком при нагревании до 100 ºC. Обработка исходного сплава аммиаком при температурах до 250 ºC также заканчивается образованием тетрагидрида CeCo3H4. Использование аммиака как гидрирующего агента в таких условиях приводит к диспергированию исходного сплава, что подтверждено увеличением удельной поверхности продукта с 5,7 м2/г до 18,4 м2/г при температуре гидрирования 100 ºC и 250 ºC соответственно. При этом рассчитанный средний размер частиц составляет ~1 мкм и ~0,3 мкм соответственно. Удельная поверхность продукта, полученного после проведения 5 циклов сорбции – десорбции при использовании водорода составляла только 0,3 м2/г, что свидетельствует о явных преимуществах применения аммиака для диспергирования. В условиях дальнейшей температурной обработки (300–350 ºC) аммиак вызывает аморфизацию сплава. Установлено, что при нагревании интерметаллида в атмосфере аммиака в температурной области 400–450 ºC по данным рентгенофазового анализа образуется смесь продуктов (CeHx, CeN, Ce2Co17Hx, Co). Рассмотрена перспективность использования интерметаллида как рабочего вещества в металлогидридном аккумуляторе водорода, работающем при температурах до 150 ºC. Аккумулятор водорода на основе CeCo3 будет обладать хорошими эксплуатационными характеристиками: относительно низкой температурой десорбции водорода, приемлемой емкостью по водороду, легкостью заряда и сравнительно низкой стоимостью.

 

 

 

 

Interaction of the intermetallic compound CeCo3 with hydrogen (pressure of 25 atm) and ammonia (pressure of 6– 8 atm) is investigated at temperatures of 20–450 ºC: the composition of products is established, formation conditions of the hydride and nitride phases are determined. Dependence of a direction of intermetallide reaction with the ammonia, passing in presence of NH4Cl (10 wt. % from quantity of intermetallic compound) as activator, from temperature is shown. Formation of hydride phase CeCo3H4 is established at hydrogenation of the intermetallide CeCo3 with both hydrogen and ammonia at heating to 100 ºC. The treatment of an initial alloy with ammonia at temperatures to 250 ºC also ends by formation of tetrahydride CeCo3H4. Ammonia use as hydrogenating agent in such conditions leads to dispergation of an initial alloy that it is confirmed by increase in a specific surface area of a product with 5.7 to 18.4 m2/g at hydrogenation temperature of 100 and 250 ºC accordingly. At that calculated average size of particles makes ~1 and ~0.3 micron accordingly. The value of a specific surface area of the product received after carrying out of 5 cycles sorption-desorption at use of hydrogen made only 0.3 m2/g, that testifies to clear advantages of ammonia application for dispergation. In the conditions of the further temperature treatment (300–350 ºC) ammonia causes amorphization of an alloy. It is established, that at intermetallide heating in ammonia atmosphere in temperature area of 400–450 ºC the mixture of products (CeHx, CeN, Ce2Co17Hx, Co) is formed according to data of the X-ray analysis. The availability of intermetallide use as working substance in the metal hydride accumulator of hydrogen working at temperatures up to 150 ºC is considered. The hydrogen accumulator based on CeCo3 will have the good operating characteristics: relatively low temperature of hydrogen desorption, acceptable hydrogen capacity, easy to charge and relatively low cost.

 

 

 

 

водородаммиакинтерметаллическое соединениегидрированиегидроазотированиегидридная фазаметаллогидридный аккумулятор водородаhydrogenammoniaintermetallic compoundhydrogenationhydronitridinghydride phasemetal hydride accumulator of hydrogenReferencesTarasov, B.P. Problem of hydrogen storage and prospective uses of hydrides for hydrogen accumulation [Тext] / B.P. Tarasov, M.V. Lototskii, V.A. Yartysh // Russian Journal of General Chemistry. – 2007. – Vol. 77. – No. 4. – P. 694–711.Tarasov B.P., Lototskii M.V., Yartysh V.A. Problem of hydrogen storage and prospective uses of hydrides for hydrogen accumulation. Russian Journal of General Chemistry, 2007;77(4):694–711 (in Eng.).Органические и гибридные наноматериалы: тенденции и перспективы /под ред. В.Ф. Разумова, М.В. Клюева. – Иваново: Иван. гос. ун-т, 2013. – 512 с.Organic and hybrid nanomaterials: tendencies and prospects (Organicheskie i gibridnye nanomaterialy: tendentsii i perspektivy). Ed. V.F. Razumov, M.V. Klyuev. Ivanovo: Ivan. state un-ty, 2013, 512 p. (in Russ.).Тарасов, Б.П. Химические методы диспергирования металлических фаз [Текст] / Б.П. Тарасов, Э.Э. Фокина, В.Н. Фокин // Известия АН. Серия химическая. – 2011. – № 7. – С. 1228–1236.Tarasov B.P., Fokina E.E., Fokin V.N. Chemical methods of dispergation of metallic phases (Khimicheskie metody dispergirovaniya metallicheskikh faz). Izvestiya AN. Seriya khimicheskaya, 2011;7:1228– 1236 (in Russ.).Tarasov, B.P. Synthesis of hydrides by interaction of intermetallic compounds with ammonia [Тext] / B.P. Tarasov [et al.] // Journal of Alloys and Compounds. – 2015. – Vol. 645S. – P. 261–266.Tarasov B.P., Fokin V.N., Fokina E.E., Yartys V.A. Synthesis of hydrides by interaction of intermetallic compounds with ammonia. Journal of Alloys and Compounds, 2015;645S:261–266 (in Eng.).Семененко, К.Н. Взаимодействие с водородом соединений, образующихся в системе церий–кобальт [Текст] / К.Н. Семененко [et al.] // Журнал общей химии. – 1983. – Т. 53. – № 7. – С. 1443–1447.Semenenko K.N., Burnasheva V.V., Fokin V.N., Fokina E.E., Troitskaya S.L. Interaction of compounds formed in cerium-cobalt system with hydrogen (Vzaimodeistvie s vodorodom soedinenii, obrazuyushchikhsya v sisteme tserii-kobal't). Zhurnal obshchei khimii, 1983;53(7):1443–1447 (in Russ.).Van Essen, R.H. Hydrogen sorption characteristics of Ce-3d and Y-3d intermetallic compounds [Тext] / R.H. Van Essen, K.H.J. Buschow // Journal of Less-Common Metals. – 1980. – Vol. 70. – P. 189–198.Van Essen R.H., Buschow K.H.J. Hydrogen sorption characteristics of Ce-3d and Y-3d intermetallic compounds. Journal of Less-Common Metals, 1980;70:189– 198 (in Eng.).Соменков, В.А. Структура и особенности химической связи в гидридах интерметаллических соединений ErNi3 и CeCo3 [Текст] / В.А. Соменков [et al.] // Неорганические материалы. – 2006. – Т. 42. – № 12. – С. 1454–1463.Somenkov V.A., Lushnikov S.A., Glazkov V.P., Verbetskii V.N. Structure and peculiarities of chemical bond in hydrides of intermetallic compounds ErNi3 and CeCo3 (Struktura i osobennosti khimicheskoi svyazi v gidridakh intermetallicheskikh soedinenii ErNi3 i CeCo3). Neorganicheskie materialy, 2006;42(12):1454– 1463 (in Russ.).Бурнашева, В.В. Исследование равновесия в системах RCo3–H2 (R – Ce, Pr, Tb, Dy, Er) [Текст] /Burnasheva V.V., Klimeshin V.V., Semenenko K.N. Equilibrium investigation in RCo3–H2 (R – Ce, Pr, Tb, Dy, Er) systems (Issledovanie ravnovesiya v sistemakh RCo3–H2 (R – Ce, Pr, Tb, Dy, Er). Izvestiya AN USSR. Seriya Neorganicheskie materialy, 1979;15(2):251–255 (in Russ.).В.В. Бурнашева, В.В. Климешин, К.Н. Семененко // Известия АН СССР. Серия Неорганические материалы. – 1979. – Т. 15. – № 2. – С. 251–255.Lushnikov S.A., Klyamkin S.N., Verbetsky V.N. Interaction of RT3 (R = Ce, T = Co, Ni, Fe) intermetallic compounds with hydrogen under high pressure. Journal of Alloys and Compounds, 2002;330–332:574–578 (in Eng.).Lushnikov, S.A. Interaction of RT3 (R = Ce, T = Co, Ni, Fe) intermetallic compounds with hydrogen under high pressure [Тext] / S.A. Lushnikov, S.N. Klyamkin, V.N. Verbetsky // Journal of Alloys and Compounds. – 2002. – Vol. 330–332. – P. 574–578.Lushnikov S.A., Verbetsky V.N., Glazkov V.P., Somenkov V.A. Structural properties of RT3 deuterides syn-thesized under high pressure of deuterium. Journal of Alloys and Compounds, 2005;404–406:103–106 (in Russ.).Lushnikov, S.A. Structural properties of RT3 deuterides synthesized under high pressure of deuterium [Тext] / S.A. Lushnikov [et al.] // Journal of Alloys and Compounds. – 2005. – Vol. 404–406. – P. 103–106.Lushnikov S.A., Filippova T.V. Hydrides of LaNi5 and RT3 (R –Ce, Nd, Gd, Er; T – Co, Ni, Fe) prepared at low temperature and pressure of H2 (Gidridy LaNi5 i RT3 (R –Ce, Nd, Gd, Er; T – Co, Ni, Fe), poluchennye pri nizkikh temperature i davlenii H2). Neorganicheskie materialy, 2013;49(8):827–832 (in Russ.).Лушников, С.А. Гидриды LaNi5 и RT3 (R –Ce, Nd, Gd, Er; T – Co, Ni, Fe), полученные при низких температуре и давлении H2 [Текст] / С.А. Лушников, Т.В. Филиппова // Неорганические материалы. – 2013. –Т. 49. – № 8. – С. 827–832.Lushnikov S.A., Filippova T.V. Stability of hydrides of intermetallic compound CeCo3 (Stabil'nost' gidridov intermetallicheskogo soedineniya CeCo3). Neorganicheskie materialy, 2015;51(10):1060–1065 (in Russ.).Лушников, С.А. Стабильность гидридов интерметаллического соединения CeCo3 [Текст] / С.А. Лушников, Т.В. Филиппова // Неорганические материалы. – 2015. – Т. 51. – № 10. – С. 1060–1065.Fokin V.N., Fokina E.E., Tarasov B.P. Hydrogenation of intermetallic compound Zr2Ni (Gidrirovanie intermetallicheskogo soedineniya Zr2Ni). Neorganicheskie materialy, 2014;50(1):24–27 (in Russ.).Фокин, В.Н. Гидрирование интерметаллического соединения Zr2Ni [Текст] / В.Н. Фокин, Э.Э. Фокина, Б.П. Тарасов // Неорганические материалы. – 2014. – Т. 50. – № 1. – С. 24–27.Fokin V.N., Fokina E.E., Tarasov B.P. Hydride and ammoniac dispergation of metals (Gidridnoe i ammiachnoe dispergirovanie metallov). Zhurnal neorganicheskoi khimii, 2010;55(10):1628–1633 (in Russ.).Фокин, В.Н. Гидридное и аммиачное диспергирование металлов [Текст] / В.Н. Фокин, Э.Э. Фокина, Б.П. Тарасов // Журнал неорганической химии. – 2010. – Т. 55. – № 10. – С. 1628–1633.Fokin V.N., Tarasov B.P., Korobov I.I., Shilkin S.P. Сertain regularities of hydrogen-induced dispergation of intermetal compounds and alloys on their base formed by rare-earth and 3d-transition metals (Nekotorye zakonomernosti dispergirovaniya intermetallicheskikh soedinenii i splavov na ikh osnove, obrazovannykh redkozemel'nymi i perekhodnymi 3d-metallami, pod deistviem vodoroda). Koordinatsionnaya khimiya, 1992;18(5):526–534 (in Russ.).Фокин, В.Н. Некоторые закономерности диспергирования интерметаллических соединений и сплавов на их основе, образованных редкоземельными и переходными 3d-металлами, под действием водорода [Текст] / В.Н. Фокин [и др.] // Координационная химия. – 1992. – Т. 18. – № 5. – С. 526–534.Фокин, В.Н. Некоторые закономерности диспергирования интерметаллических соединений и сплавов на их основе, образованных редкоземельными и переходными 3d-металлами, под действием водорода [Текст] / В.Н. Фокин [и др.] // Координационная химия. – 1992. – Т. 18. – № 5. – С. 526–534.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.