Труды КНЦ (Технические науки вып.2/2025(16))

Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2025. Т. 16, № 2. С. 173-178. Transactions of the Kola Science Centre of RA s . Series: Engineering Sciences. 2025. Vol. 16, No. 2. P. 173-178. Keywords: La-intermetallic compounds, synthesis of ammonia, nitrate reduction, electrocatalysis, sustainable chemistry, multicomponent alloy catalyst Acknowledgments: The research was carried out at the expense of the grant of Russian Science Foundation (RSF) No 25-29-00488, https://rscf.ru/en/project/25-29-00488/. Funding: The grant of Russian Science Foundation (RSF) No 25-29-00488. For citation: Synthesis of functional material based on LaCoSi, LaCuSi intermetallics and its testing in the electrocatalytic reaction of NH 3 synthesis / S. N. Nesterenko [et al.] // Transactions of the Коіа Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2025. Vol. 16, No. 2. P. 173-178. doi:10.37614/2949-1215.2025.16.2.029. Введение К процессам, относящимся к области водородной энергетики, в современной научной литературе относят не только непосредственно реакции синтеза водорода (так называемого «коричневого», «голубого» и «зеленого» водорода в зависимости от способа получения) и синтеза переносчиков водорода (например, так называемые LOHC (liquid organic hydrogen carriers), жидкие органические носители водорода) [1], но и реакции с непосредственным участием водорода (молекулярного или атомарного, адсорбированного на поверхности катализатора) для получения ценных органических или неорганических продуктов. Эта тенденция нашла отражение в ряде масштабных обзоров под авторством известных российских ученых [2; 3]. Так, в работе [2] А. Л. Максимов и И. П. Белецкая подчеркивают, что электрокатализ не требует использования окисляющих или восстанавливающих реагентов, что делает реакцию более экологичной, при этом процессы могут проводиться при атмосферном давлении и умеренных температурах. В обзоре [3] упоминают, что в работах по электрохимическому восстановлению азота основные усилия направлены на подбор материала электрода, который определяет кинетические барьеры конкурирующих реакций восстановления воды до водорода или азота до аммиака на поверхности электрода. Интерметаллические соединения (ИМС), которые имеют упорядоченную структуру активных центров с регулируемой электронной структурой и размером атомного ансамбля, могут быть использованы для создания катализаторов с высокими практическими характеристиками, в том числе для сложных и экологически чистых электрохимических реакций, таких как восстановление азота (NRR), нитратов (NO 3 RR) и нитритов (NO 2 RR), которые потенциально могут заменить промышленный процесс Габера — Боша. Актуальной задачей является разработка эффективных электрокатализаторов с использованием дешевых неблагородных металлов с частичной или полной заменой благородных металлов [4]. Для достижения этой цели предлагается использовать ИМС на основе неблагородных металлов или с добавлением некоторых благородных металлов для поддержания высокой эффективности [5]. В этой работе впервые были использованы ИМС на базе лантана, был проведен синтез и тестирование в реакции NO 3 RR. Результаты Для синтеза образцов были использованы металлы: кобальт (99,95 мас. % Со), лантан (99,8 мас. % La), медь (99,999 мас. % Cu) и монокристаллический кремний (99,999 % Si). Ввиду склонности к окислению лантан взвешивали в последнюю очередь, а кобальт, наоборот, первым, поскольку он труднее поддается обработке. Взвешивание производили на весах VIBRA HTR-220CE с точностью до 0,1 мг. Образцы были получены с помощью дуговой плавки в атмосфере аргона на установке АМ-200. Цирконий (геттер) был использован для поглощения оставшегося кислорода и других газов (H 2 O, N 2 ). Для достижения более полной гомогенности сплавов образцы трижды переворачивали и переплавляли. Контроль массы образцов после сплавления показал, что потери при плавке не превышали 1 мас. %. Все полученные сплавы подвергли изотермической обработке для достижения равновесного состояния при 800 °С. Предварительно взвешенные слитки сплавов поместили в кварцевые ампулу, которую сначала вакуумировали, а затем заполнили аргоном под давлением 250 мм рт. ст. (для создания инертной атмосферы). Чтобы исключить возможное контактное взаимодействие образцов при высокой температуре между собой, их изолировали друг от друга с помощью кусочков кварца. Для термообработки (ТО) использовали трубчатую электрическую печь с регулятором температуры (точность ±5 °С). Время ТО при 800 °С составило 720 ч. Для фиксации полученных равновесных состояний сплавы резко охладили путем сбрасывания в воду (закалка). 174 © Нестеренко С. Н., Кузнецова И. И., Чернышев И. В., Культин Д. Ю., Лебедева О. К., Кустов Л. М., 2025