ИЗОТОПНЫЙ ОБМЕН МЕЖДУ ВОДОРОДОМ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ И ПРОТОНПРОВОДЯЩИМИ ОКСИДАМИ: ТЕОРИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТ

Результат исследований: Вклад в журналСтатья

Аннотация

Процесс взаимодействия изотопов водорода газовой фазы с протонпроводящими оксидами со структурой перовскита La1-x Sr x ScO3-α ( x = 0; 0,04) изучали методом изотопного обмена водорода с уравновешиванием изотопного состава газовой фазы в интервалах температуры T = 300 800 ºC и давления водорода p H2 = 2 20 мбар. Разработана новая кинетическая модель для обработки экспериментальных данных по изотопному обмену водорода с учетом изотопных эффектов, которую успешно применили для обработки результатов проведенных экспериментов. Рассчитаны скорости межфазного обмена изотопов водорода с оксидами La1-x Sr x ScO3-α ( x = 0; 0,04). По равновесным значениям доли метки в газовой фазе определены мольные доли изотопов водорода в исследуемых соединениях. Установлено, что растворимость дейтерия выше, чем протия, тогда как коэффициент обмена дейтерия с поверхностью протонпроводящего оксида La0,96Sr0,04ScO3-α меньше, чем коэффициент обмена протия. Наблюдаемый таким образом термодинамический изотопный эффект может быть связан с отличием в энергиях нулевых колебаний OH- и OD-дефектов и молекулярных H2 и D2, при этом кинетический изотопный эффект можно объяснить отличием в прочности связей OH и OD. Показано, что лимитирующей стадией обмена водорода является процесс обмена между формами водорода в газовой фазе и в адсорбционном слое протонпроводящего оксида (стадия диссоциативной адсорбции водорода). Впервые предложен новый статистический критерий, который позволил выделить неоднородности поверхности оксида, вызванные не только его естественной шероховатостью, но и наличием различных изотопов водорода (протия и дейтерия) с различными энергиями связи на поверхности. Активность исследованных протонпроводящих оксидов по отношению к обмену с водородом газовой фазы оказалась на уровне, сопоставимом со значениями скорости межфазного обмена водорода для оксидов на основе цератов и цирконатов щёлочноземельных металлов. Высокая каталитическая активность по отношению к процессу обмена с водородом газовой фазы в восстановительных атмосферах позволяет рассматривать протонпроводящие оксиды на основе скандата лантана как весьма перспективные электролиты для различных электрохимических приложений.
Переведенное названиеIsotopic Exchange between Hydrogen from the Gas Phase and Proton-Conducting Oxides: Theory and Experiment
Язык оригиналаРусский
Страницы (с-по)38-53
Число страниц16
ЖурналМеждународный научный журнал "Альтернативная энергетика и экология"
Номер выпуска28-30(240-242)
DOI
СостояниеОпубликовано - 2017

ГРНТИ

  • 31.15.00 Физическая химия

Уровень публикации

  • Перечень ВАК

Fingerprint Подробные сведения о темах исследования «ИЗОТОПНЫЙ ОБМЕН МЕЖДУ ВОДОРОДОМ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ И ПРОТОНПРОВОДЯЩИМИ ОКСИДАМИ: ТЕОРИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТ». Вместе они формируют уникальный семантический отпечаток (fingerprint).

Цитировать