Исследователи вплотную приблизились к разработке топливных энергетических элементов, работающих на боразане (боране аммония) – в этом им помог новый рутениевый катализатор, который позволяет высвободить из боразана беспрецедентно большое количество водорода.
Рисунок из Dalton Trans., 2016, DOI: 10.1039/c6dt00604c
Теоретически каждая молекула боразана H3NBH3 может высвободить три молекулы водорода. Такая высокая плотность боразана по массе (это вещество содержит 19.6 массовых процентов водорода) делает его идеальным кандидатом для создания топливных энергетических элементов. В 2011 году группа исследователей из Университета Калифорнии под руководством Трэвиса Уильямса (Travis Williams) разработала рутениевый катализатор, способствующий выделению из одного моля боразана чуть более чуть двух молей водорода; реакция протекала в мягких условиях. В этом году калифорнийским химикам удалось побить свой собственный рекорд – они разработали новый катализатор, который обеспечивает высвобождение практически всего водорода, содержащегося в боразане.
После того, как боразан разрушается с образованием двух эквивалентов водорода боразан превращается в боразин (боразол, «неорганический бензол», B3N3H6), что понижает ёмкость топливного элемента. Боразин, обладая ароматическими свойствами, досаточно неохотно отдает водород, кроме того он может отравлять катализатор, препятствуя выделению водорода из «свежего» боразана.
Для решения проблем мягкого дегидрирования боразана и устойчивости катализатора исследователи модифицировали плоскоквадратный рутениевый комплекс, связав с атомом рутения два дополнительных ацетатных лиганда. Новый каталитически активный комплекс способен обеспечить выделение 2.7 эквивалентов водорода из боразана. Дополнительными преимуществами нового комплекса является его гидролитическая устойчивость и возможность неоднократного применения. С помощью ЯМР 11B было показано, что новый катализатор ускоряет полимеризацию образующегося после высвобождения двух эквивалентов водорода ступенчатую полимеризацию боразина, который конвертируется в полиборазилен, выделяя при этом дополнительные порции водорода. Таким образом, появление неорганического бензола уже не является лимитирующим фактором для выделения водорода.
Источник: Dalton Trans., 2016, DOI: 10.1039/c6dt00604c
