Kinetics and CatalysisKinetics and CatalysisКинетика и катализ0453-88113034-5413The Russian Academy of Sciences68986410.31857/S0453881125020029SKKVJJARTICLESСТАТЬИResearch ArticleThe interaction of hydrazine monohydrate with the surface of metal-containing catalystsВзаимодействие моногидрата гидразина с поверхностью металлсодержащих катализаторовMatyshakV. A.МатышакВ. А.
Russian Federation
son1108@yandex.ruSilchenkovaO. N.СильченковаО. Н.
Russian Federation
son1108@yandex.ruIlichevA. N.ИльичевА. Н.
Russian Federation
son1108@yandex.ruBykhovskyM. Ya.БыховскийМ. Я.
Russian Federation
son1108@yandex.ruMorozovaO. S.МорозоваО. С.
Russian Federation
son1108@yandex.ruSemenov Federal Research Center for Chemical Physics RASФГБУН Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова РАН0409202566280902508202525082025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://ruspoj.com/0453-8811/article/view/689864

The interaction of hydrazine monohydrate with nickel on various carriers has been investigated using a range of physical and chemical methods. Hydrazine monohydrate adsorbs on catalysts, both active and inactive, in the infrared region of the spectrum. The location of the particles of adsorbed hydrazine monohydrate is on the carrier. There was no correlation found between the spectral features on several of the catalysts studied and their catalytic activity in hydrogen formation. The main transformation reactions occur in the metallic phase of the supported catalysts. It was found that, due to the reaction energy, the size and structure of the clusters were reduced and rearranged to create centers suitable for the effective course of intramolecular dehydrogenation of hydrazine. At the same time, this process was most effective on smaller clusters, possibly because a stronger Me-H bond was formed on them. Adsorption of hydrazine monohydrate through hydrogen atoms was possible on these clusters. These conditions ensured the predominant formation of hydrogen at low temperatures. An increase in temperature contributed to the course of a competing reaction of ammonia formation, associated with the breaking of the N-N bond in the adsorption complex. As result, the formation of NH2 complexes is taking place, and then ammonia.

C помощью комплекса физико-химических методов изучено взаимодействие моногидрата гидразина с никелем на разных носителях. Моногидрат гидразина адсорбируется на катализаторах как в активной, так и в неактивной в ИК-области спектра формах. Местом локализации частиц адсорбированного моногидрата гидразина является носитель. Корреляции между спектральными проявлениями для ряда исследуемых катализаторов и их каталитической активностью в образовании водорода не обнаружено. Активированные за счет адсорбции на носителе поверхностные комплексы гидразина диффундируют на кластеры, где проходят основные реакции образования водорода. Обнаружено, что за счет энергии реакции происходит уменьшение размера и, по-видимому, перестройка структуры кластеров с появлением центров, подходящих для эффективного протекания внутримолекулярного дегидрирования гидразина. Наиболее эффективно процесс проходит на кластерах меньшего размера, возможно, за счет того, что на них возникает более прочная связь Me-H. На кластерах возможна адсорбция моногидрата гидразина через атомы водорода. Эти обстоятельства обеспечивают преимущественное образование водорода при низкой температуре. Повышение температуры способствует протеканию конкурентной реакции образования аммиака, связанной с разрывом связи N-N в адсорбционном комплексе, что приводит к возникновению комплексов NH2 и затем аммиака.

hydrogenhydrazinehydrazine monohydrateintermediatesIR spectroscopy in situпревращение моногидрата гидразинаводородпромежуточные соединениямолекулярная спектроскопия in situМинистерство науки и высшего образования Российской ФедерацииMinistry of Science and Higher Education of the Russian Federation075-03-2025-092Hydrogen and other Alternative Fuels for Air and Ground Transportation. Ed. Pohl H.W. UK: Wiley, 1995. 206 p.Wincewicz K.C., Cooper J.S. // J. Power Sources. 2005. V. 140. P. 280. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2004.08.032Каленчук А.Н., Богдан В.И. // Кинетика и катализ. 2022. Т. 63. № 4. C. 516. https://doi.org/10.1134/s002315842204005xAl-Thubaiti K.S, Khan Z. // Int. J. Hydrogen Energy. 2020. V. 45. P. 13960. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.03.093Motta D., Barlocco I., Bellomi S., Villa A., Dimitratos N. // Nanomaterials. 2021. V. 11. P. 1340. https://dx.doi.org/10.3390/nano11051340Adamou P., Bellomi S., Hafeez S., Harkou E., Al-Salem S.M., Villa A., Dimitraros N., Manos G., Constantinou A. // Catal. Today. 2023. V. 423. 114022. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2023.01.029Adamou P., Bellomi S., Harkou E., Chen X., Delgado J.J., Dimitraros N., Manos G., Villa A., Constantinou A. // Chem. Eng. J. 2024. V. 493. 1527152024. https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152715Akbar Z.A., Situmorang S.V., Yati I., Yunarti R.T., Ridwan S.N. // Int. J. Hydrogen Energy. 2024. V. 57. P. 1506. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.01.068Богданова Е.А., Пономарев И.Ю., Наседкин А.В. // Кинетика и катализ. 2022. Т. 63. № 3. C. 279. https://doi.org/10.31857/S0453881122030042Матышак В.А., Сильченкова О.Н. // Кинетика и катализ. 2022. Т. 63. № 4. C. 405. https://doi.org/10.1134/s0023158422040073Dai H., Zhong Y., Wang P. // Prog. Nat. Sci. Mater. 2017. V. 27. P. 121. https://doi.org/10.3390/catal10080930Du X., Liu C., Du C., Cai P., Cheng G., Lu W. // Nano Res. J. 2017. V. 10. № 8. P. 2856. https://doi.org/10.1007/s12274-017-1494-6Shi Q., Qiu Yu.-P., Dai H., Wang P. // J. Alloys Compd. 2019. V. 787. P. 1187. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.01.378Singh S.K., Iizuka Y., Xu Q. // Int. J. Hydrogen Energy. 2011. V. 36. № 18. P. 11794. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2011.06.069Qiu Y.-P., Chen M.-H., Qin S.-H., Yang Z.-Q., Wang P. // Int. J. Hydrogen Energy. 2024. V. 50 (D). P. 3181. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.09.244Качала В.В., Хемчян Л.Л., Кашин А.С., Орлов Н.В., Грачев А.А., Залесский С.С., Ананников В.П. // Успехи химии. 2013. Т. 82. С. 648. https://doi.org/10.1070/RC2013v082n07ABEH004413Matyshak V.A., Krylov O.V. // Catal. Today. 1995. V. 25. P. 1. https://doi.org/10.1016/0920-5861(95)00067-PRamis G., Li Y., Busca G. // Catal. Today. 1996. V. 28. P. 373. https://doi.org/10.1016/S0920-5861(96)00050-8Amores J.M.G., Escribano V.S., Ramis G., Busca G. // Appl. Catal. B: Environ. 1997. V. 13. № 1. P. 45. https://doi.org/10.1016/S0926-3373(96)00092-6Chuang Ch.-Ch., Shiu J.-Sh., Lin J.-L. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2000. V. 2. P. 2629. https://doi.org/10.1039/B001389GМатышак В.А., Сильченкова О.Н., Ильичев А.Н., Быховский М.Я., Mнацаканян Р.А. // Кинетика и катализ. 2023. Т. 64. № 6. C. 773. https://doi.org/10.31857/S0453881123060114Lieske H., Lietz G., Sprindler H., Volter J. // J. Catal. 1983. V. 81. P. 8. https://doi.org/10.1016/0021-9517(83)90142-2Alberas D.J., Kiss J., Liu Z.-M., White J.M. // Surf. Sci. 1992. V. 278. P. 51. https://doi.org/10.1016/0039-6028(92)90583-RZhang P.-X., Wang Y.-G., Huang Y.-Q., Zhang T., Wu G.-S., Li J. // Catal. Today. 2011. V. 165. P. 80. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2011.01.012Agusta M.K., David M., Nakanishi H., Kasai H. // Surf. Sci. 2010. V. 604. P. 245. https://doi.org/10.1016/j.susc.2009.11.012Bychkov V.Yu., Tyulenin Y.P., Korchak V.N., Aptekar E.L. // Appl. Catal. A: Gen. 2006. V. 304. P. 21. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2006.02.023Bychkov V.Yu., Tyulenin Yu.P., Slinko M.M., Shashkin D.P., Korchak V.N. // J. Catal. 2009. V. 267. № 2. P. 181. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2009.08.010