Спільна адсорбція водню та води в наноструктурованих матеріялах за даними ¹Н ЯМР-спектроскопії

Abstract

Методою ¹Н ЯМР-спектроскопії в температурному інтервалі 200—283 К досліджено адсорбцію водню наноструктурованими мікро- та мезопористими матеріялами, – силікаліті, цеоліті та активованому вугіллі, – модифікованими нанокластерами паладію, вихідному силікаліті та мікромезопористому полімерному адсорбенті ‘LiCrolut EN’ у квазиізобаричних умовах. Знайдено, що присутність у матеріялі певної кількости води збільшує величину адсорбції водню в 2—3 рази. Виявлено, що модифікування адсорбентів паладієм не збільшує кількість адсорбованого водню. В присутності нанокластерів Pd поверхня силікаліту та цеоліту стає надто гідрофільною і, на відміну від вихідного матеріялу, здатна утримувати значну кількість адсорбованої води. Побудовано модель спільної адсорбції води та водню в нанорозмірних порах, у відповідності до якого збільшення адсорбції водню в присутності води відбувається за рахунок утворення в мезопорах вторинних мікропор між кластерами чи доменами сильно асоційованої води (SAW) та поверхнею адсорбенту. Основною умовою виникнення ефекту збільшення адсорбції водню є нещільне зв’язування кластерів та домен SAW з поверхнею. Тому на високогідрофільних поверхнях (при модифікуванні Pd) цей ефект зникає.

Adsorption of hydrogen by nanostructured microporous and mesoporous materials such as silicalite, zeolite, and activated carbon, modified by Pd nanoclusters, source silicalite, and ‘LiChrolut EN’ micromesoporous polymeric adsorbent is studied using ¹H NMR spectroscopy under quasi-isobaric conditions at 200—283 K. As revealed, a certain amount of water enhances the adsorption of hydrogen by the factor 2—3. However, modification of the adsorbents with Pd does not increase the hydrogen adsorption. Silicalite with Pd clusters becomes too hydrophilic and, in contrast to the initial material, can absorb a lot of water. A model of co-adsorption of water and hydrogen in nanopores is developed. It explains an increase of the hydrogen adsorption in the presence of preadsorbed water by formation of secondary micropores in mesopores between the clusters or the domains of strongly associated water (SAW) and the pore walls. The main condition of enhanced adsorption of hydrogen is leaky binding of water clusters or SAW domains with the surface. Therefore, the effect of the increased adsorption of hydrogen disappears on highly hydrophilic surfaces (after modification by Pd).

Методом ¹Н ЯМР-спектроскопии в температурном интервале 200—283 К исследована адсорбция водорода на наноструктурированных микро- и мезопористых материалах, – силикалите, цеолите и активированном угле, – модифицированных нанокластерами палладия, исходном силикалите и микромезопористом полимерном адсорбенте ‘LiCrolut EN’ в квазиизобарических условиях. Обнаружено, что присутствие в материале определенного количества воды увеличивает адсорбцию водорода в 2—3 раза. Выявлено, что модифицирование адсорбентов палладием не увеличивает количество адсорбированного водорода. В присутствии нанокластеров Pd поверхность силикалита и цеолита становится слишком гидрофильной и, в отличие от исходного материала, способна удерживать большое количество адсорбированной воды. Построена модель совместной адсорбции воды и водорода в наноразмерных порах, в соответствии с которой увеличение адсорбции водорода в присутствии воды происходит за счет образования в мезопорах вторичных микропор между кластерами или доменами сильно ассоциированной воды (SAW) и поверхностью адсорбента. Основным условием возникновения эффекта увеличения адсорбции водорода является неплотное связывание кластеров или доменов SAW с поверхностью. Поэтому на высокогидрофильных поверхностях (при модифицировании Pd) этот эффект исчезает.