ГИДРИРОВАНИЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ CeCo₃ ВОДОРОДОМ И АММИАКОМ

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 (CeH_x, CeN, Ce₂Co₁₇H_x, 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.

1. Tarasov, 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.

2. Органические и гибридные наноматериалы: тенденции и перспективы /под ред. В.Ф. Разумова, М.В. Клюева. – Иваново: Иван. гос. ун-т, 2013. – 512 с.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. Бурнашева, В.В. Исследование равновесия в системах RCo3–H2 (R – Ce, Pr, Tb, Dy, Er) [Текст] /

9. В.В. Бурнашева, В.В. Климешин, К.Н. Семененко // Известия АН СССР. Серия Неорганические материалы. – 1979. – Т. 15. – № 2. – С. 251–255.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. Лушников, С.А. Стабильность гидридов интерметаллического соединения CeCo3 [Текст] / С.А. Лушников, Т.В. Филиппова // Неорганические материалы. – 2015. – Т. 51. – № 10. – С. 1060–1065.

14. 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.

15. 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.

16. 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.