ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПОЛНОЙ ВОДОРОДОЕМКОСТИ ФУЛЛЕРИТА C₆₀

Фуллерен является четвертой аллотропной формой углерода. Такие его свойства, как объемная, весовая и электрохимическая емкости превосходят многие аналогичные свойства металлогидридов и углеводородов. Решение вопроса реверсивного гидрирования каждого атома углерода в каркасе фуллереновой молекулы позволит создать хранилище водорода с емкостью до 7,7 мас.% H. В настоящей работе оценена полная водородоемкость фуллерита С₆₀. Экспериментально получены гидрофуллерены с различным содержанием водорода. Определен оптимальный режим гидрирования С₆₀, приводящий к полному гидрированию фуллереновой молекулы С₆₀. Образование гидрированной фуллереновой молекулы С₆₀Н₆₀ имеет следующую последовательность: растворение молекулярного водорода в окта- порах ГЦК-решетки фуллерита, диссоциация молекул при переходе водорода в тетрапустоты, взаимодействие атома водорода с молекулой фуллерена. Продемонстрировано, что процесс хемосорбции водорода молекулой С₆₀ после концентрации водорода, отвечающей С₆₀Н₃₆, лимитируется диффузионными процессами в фуллерите. Анализ показал, что процесс второй стадии хемосорбции подчиняется модели сжимающейся оболочки. Предложена модель взаимодействия H₂ c фуллеритом C₆₀, а также механизм определения степени гидрирования молекулы С₆₀.

1. Schur, D.V. Hydrogen in fullerites [Text] / D.V. Schur [et al.] // Carbon. – 2003. – Vol. 41. – P. 331– 1342.

2. Jin, C. Direct solid-phase hydrogenation of fuller-enes [Text] / C. Jin [et al.] // J. Phys. Chem. – 1994. – Vol. 98. – No 16. – P. 4215–4217.

3. Lobach, A.S. The D2 reaction with palladium fulleride C60Pd4,9 [Text] / A.S. Lobach [et al.] // Izv. RAN., Ser. khim. – 1996. – P. 483–484.

4. Shigematsu, K. Catalytic hydrogenation of fuller-ene C60 [Text] / K. Shigematsu [et al.] // Chem. Express. – 1992. – Vol. 7. – No 12. – P. 37–40.

5. Attalla, M.I. Preparation of hydrofullerenes by hydrogen radical induced hydrogenation [Text] / M.I. Attalla [et al.] // J. Phys. Chem. – 1993. – Vol. 97. – P. 6329–6331.

6. Haufler, L.E. Reduction with tithium in ammonia in the presence of t-BuOH [Text] / L.E. Haufler [et al.] // J. Phys. Chem. – 1990. – Vol. 94. No 24. – P. 8634– 8636.

7. Henderson, C.C. Synthesis of the simplest С60 hydrocarbon derivative [Text] / C.C. Henderson, P.A. Cahill // Science. – 1993. – Vol. 259. – P. 1885–1887.

8. Bashkin, I.O. Hydrogen in the vibrational spectra of high-pressure hydrofullerite [Text] / I.O. Bashkin [et al.] // Molecular Materials. – 2000. – Vol. 13. – No 1–4. – P. 251–256.

9. Gerst, M. Benzanthrone, a catalyst for the transfer hydrogenation of C60 and C70 by 9, 10-dihydroanthracene. [Text] / M. Gerst [et al.] // Tetrahedron Lett. – 1993. – Vol. 34. – P. 7729–7732.

10. Darwish, A.D.M. [Text] / A.D.M. Darwish, R. Taylor, R. Loutfy // In: Proc. of 197th Meeting of Electrochemical Society, Toronto, 2000. – Abstract. – No 693.

11. Nozu R., Matsumoto O. Electrochemical hydrogenation of fullerenes in a 30 % KOH solution / R. Nozu, O. Matsumoto // J. Electrochem. Soc. – 1996. – Vol. 143. – No 6. – P. 1919–1923.

12. Тарасов, Б.П. Гидрирование фуллерита в присутствии гидридов металлов [Текст] / Б.П. Тарасов [и др.] // Изв. РАН. Сер. хим. – 1997. – № 4. – С. 679–683.

13. Tarasov, B.P. Hydrogenation of fullerenes C-60 and C-70 in the presence of hydride-forming metals and intermetallic compounds [Text] / B.P. Tarasov [et al.] // J. Alloys and Comp. – 1997. – Vol. 25. – P. 253–254.

14. Тарасов, Б.П. Механизм гидрирования фуллерит металлических композиций [Текст] / Б.П. Тарасов // Журнал общей химии. – 1998. – Т. 68. – № 8. – С. 1245–1248.

15. Tarasov B.P., Promotion of fullerene hydride synthesis by intermetallic compounds [Text] / B.P. Tarasov [et al.] // Proc. of 12th World Hydrogen Energy Conference, Buenos Aires, Argentina. – 1998. – Vol. 2. – P. 1221–1230.

16. Гольдшлегер, Н.Ф. Взаимодействие фуллерида платины C60Pt с дейтерием [Текст] / Н.Ф. Гольдшлегер [и др.] // Изв. А.Н. Сер. хим. – 1999. – № 5. – С. 999–1002.

17. Goldshleger, N.F. [Text] / N.F. Goldshleger [et al.]. – In Fullerenes, Recent Advances in the Chemistry and Physics of Fullerenes and Related Materials. – Eds. Kadish K.M., Kamat P.V., Guldi D. – Vol. 7. – Penning-ton, NJ: The Electrochemical Society, 1999. – P. 647.

18. Матысина З.А. Водород и твердофазные превращения в металлах, сплавах и фуллеритах: Монография / З.А. Матысина, Д.В. Щур. – Днепропетровск: Наука и образование, 2002. – 420 с.

19. Schur, D.V. The peculiarities of hydrogenation of pentatomic carbon molecules in the frame of fullerene molecule C60 [Text] / D.V. Schur, S.Yu. Zaginaichenko, T.N. Veziroglu // International Journal of Hydrogen Energy. – 2008. – Vol. 33. – No 13. – P. 3330–3345.

20. Башкин, И.О. Термостабильные соединения водорода на базе углеродных нанотрубок и нановолокон, полученные под высоким давлением / И.О. Башкин [и др.] // Письма в ЖЭТФ. – 2004. – Т. 79. – №. 5. – С. 280–285.

21. Bashkin, I.O. Carbon materials hydrogenated under high pressure [Text] / I.O. Bashkin [et al.] // Proc. of 8th International Conference “Hydrogen Materials Science and Chemistry of Carbon Nanomaterials”. – Sudak, Crimea, Ukraine. – September, 2003. – P. 796–799.

22. Bashkin, I.O. High-pressure hydrogenation of graphite [Text] / I.O. Bashkin [et al.] // Proc. of 10th International Conference “Hydrogen Materials Science and Chemistry of Carbon Nanomaterials”. – Sudak, Crimea, Ukraine. – September, 2007. – P. 686–689.

23. Savenko, A.F. Structural and methodical features of the installation for investigations of hydrogen-sorption characteristics of carbon nanomaterials and their composites. Hydrogen Materials Science and Chemistry of Carbon Nanomaterials [Text] / A.F. Savenko [et al.] // Proc. of NATO ARW on HMSCCN, Sevastopol. – 2005. – P. 365–382 (Published by Springer, The Netherlands, 2007).

24. Щур, Д.В. Углеродные наноматериалы и фазовые превращения в них [Текст] / Д.В. Щур, З.А. Матысина, С.Ю. Загинайченко. – Днепропетровск: Наука и образование, 2007. – 680 с.