Wodór jest jednym z głównych nośników energii odnawialnej, który oferuje czyste i efektywne układy zasilania energią do celów mobilnych i stacjonarnych. Jednak przyszłe wdrożenie powszechnego stosowania wodoru jako podstawowego nośnika energii związane jest ze znalezieniem adsorbentu stałego, który będzie niedrogi, bezpieczny oraz łatwy do zmiany skali produkcji. W ostatnich latach, jako potencjalne sorbenty wodoru badane były nanostrukturalne oraz mezoporowate materiały węglowe, ze względu na ich dużą powierzchnię, stabilność chemiczną i lekkość. Jednakże, materiały te wykazują wysoką zdolność sorpcyjną wodoru jedynie w temperaturach kriogenicznych, a ich pojemność gwałtownie spada w temperaturach zbliżonych do temperatury pokojowej. Ogranicza to stosowanie w praktyce czystych struktur węglowych. Jednym ze sposobów zwiększenia ich pojemności sorpcyjnej jest połączenie metali grup przejściowych z materiałami węglowymi. Szczególnym zainteresowaniem cieszy się tutaj pallad. Dowiedziono, że modyfikacja palladem sorbentów węglowych zwiększa ilość zaadsorbowanego wodoru w temperaturze pokojowej nawet pomimo blokowania przez nanocząstki Pd porów dostępnych dla fizysorpcji.

W ramach projektu podjęto działania mające na celu syntezę nowych adsorbentów stałych do magazynowania wodoru, opartych na palladzie i mezoporowatych nanosferach węglowych. Nanocząstki palladu osadzano na zewnętrznej i wewnętrznej powierzchni uporządkowanych i nieuporządkowanych mezoporowatych sfer węglowych. Czyste i modyfikowane palladem sfery zostały scharakteryzowane a ich właściwości sorpcyjne badano w temperaturze 40 C i zakresie ciśnień do 45 MPa. Uzyskane w ramach realizacji projektu wyniki wykazały, że funkcjonalizacja nanocząstkami palladu mezoporowatych sfer węglowych umożliwia zaadsorbowanie większej ilości wodoru w porównaniu do czystych materiałów. Dowiedziono, że zawartość, rozmiar oraz rozkład średnic nanocząstek palladu ma znaczący wpływ na ilość zaadsorbowanego wodoru. Ponadto uzyskane rezultaty wskazują, że osadzanie nanocząstek Pd o szerokim rozkładzie średnic oraz dużym rozmiarze cząstek na powierzchnię materiałów węglowych prowadzi do zwiększenia ich pojemności sorpcyjnej. Stwierdzono, że mezoporowate sfery węglowe połączone z palladem są dobrymi materiałami do przechowywania wodoru, a otrzymane wyniki mogą stać się podstawą dla dalszych prac nad ich zastosowaniem do magazynowania energii w życiu codziennym.

1. K. Wenelska, B. Michalkiewicz, J. Gong, T. Tang, R. Kalenczuk, X. Chen, E. Mijowska, In situ deposition of Pd nanoparticles with controllable diameters in hollow carbon spheres for hydrogen storage, International Journal of Hydrogen Energy, 38 (2013) 16179-16184
2. B. Zielińska, B. Michalkiewicz, E. Mijowska, R.J. Kaleńczuk, Advances in Pd nanoparticle size decoration of mesoporous carbon spheres for energy application, Nanoscale Research Letters, 10(1) (2015) 430-437
3. B. Zielińska, B. Michalkiewicz, X. Chen, E. Mijowska, R.J. Kaleńczuk, Pd Supported Ordered Mesoporous Hollow Carbon Spheres (OMHCS) for Hydrogen Storage, Chem Phys Lett, 647 (2016) 14-19
4. I. Turów, K. Wenelska, X. Chen, E. Mijowska, R.J. Kaleńczuk, 19-21.03.2014, Nanosfery węglowe - nowe sorbenty wodoru, XLVI Ogólnopolskie Kolokwium Katalityczne, Kraków
5. I. Turów, K. Wenelska, B. Zielińska, R. Kaleńczuk, 12-13.06.2014, Wpływ uporządkowania mezoporowatej otoczki nanosfer węglowych na ich zdolność sorpcyjną wodoru, Konferencja pt. „Postępy w katalizie heterogenicznej”, Międzyzdroje
6. R.J. Kaleńczuk, 15-18.06.2014, Technology of Nanomaterials for Biomedical Applications, 4th Summer Symposium on Nanomaterials and their Application to Biology and Medicine, Poznań
7. I. Turów, B. Zielińska, K. Wenelska, R.Kaleńczuk, 16-18.03.2015, Nieuporządkowane mezoporowate nanosfery węglowe funkcjonalizowane palladem jako sorbenty wodoru, XLVII Ogólnopolskie Kolokwium Katalityczne, Kraków
8. I. Turów, B. Zielińska, K. Wenelska, R. Kaleńczuk, 16-18.03.2015, Mezoporowate nanosfry węglowe modyfikowane palladem do magazynowania wodoru, XLVII Ogólnopolskie Kolokwium Katalityczne, Kraków
9. I. Turów, K. Wenelska, B. Zielińska, R. Kaleńczuk, 16-19.04.2015, Hydrogen storage studies of palladium decorated mesoporous carbon spheres, 5th International Advances in Applied Physics and Materials Science Congress & Exhibition (APMAS2015), Oludeniz, Turkey
10. I. Turów, B. Zielińska, R. Kaleńczuk, 16-19.04.2015, Pd nanoparticles deposited on mesoporous carbon spheres with enhanced hydrogen storage capacity, 5th International Advances in Applied Physics and Materials Science Congress & Exhibition (APMAS2015), Oludeniz, Turkey
11. B. Zielińska, K. Wenelska, K. Urbas, I. Turów, R. Kaleńczuk, E. Mijowska, 16-19.04.2015, Palladium functionalized carbon nanomaterials with different morphology – comparative study, 5th International Advances in Applied Physics and Materials Science Congress & Exhibition (APMAS2015), Oludeniz, Turkey
12. R. J. Kaleńczuk, B. Zielińska, I. Turów, E. Mijowska, 8-11.06.2015, Advances in Pd/Pt Nanoparticle Size decoration of mesoporous carbon spheres for energy application, Energy Materials Nanotechnology 2015 (EMN2015), Cancun, Meksyk
13. R.J. Kaleńczuk, B. Zielińska, I. Turów, E. Mijowska, 30.08-4.09.2015, Badania nad mezoporowatymi sferami węglowymi dekorowanymi nanocząstkami Pd do zastosowań energetycznych, 8 Kongres Technologii Chemicznej „Surowce-energia-materiały”, Rzeszów
14. R.J. Kaleńczuk, M. Perużyńska, M. Barylak, K. Cendrowski, M. Droździk, E. Mijowska, 24-27.06.2015, Advances in in vitro and in vivo studies on the carbon and silica based nanostructures, 7 Krajowa Konferencja Nanotechnologii, Poznań
15. R. Kaleńczuk, B. Zielińska, E. Mijowska, 14-19.10.2015, Metal particles deposited on carbon spheres for energy applications, 2nd International Conference on Computational and Experimental Science and Engineering (ICCESEN-2015), Kemer, Turkey
16. R.J. Kaleńczuk, K. Urbaś, K. Wenelska, E. Mijowska, 22-25.06.2016, Advanced nanomaterials for energy and biomedicine, NanoTech Poland International Conference&Exhibition, Poznań

1. Otrzymano serię sorbentów stałych w postaci pustych sfer węglowych z uporządkowanymi (OMHCS) i nieuporządkowanymi (DMHCS) warstwami mezoporowatymi, mezoporowatych sfer węglowych dekorowanych powierzchniowo nanocząstkami palladu oraz mezoporowatych sfer węglowych z  zamkniętym wewnątrz palladem.
2. Opracowano metodę otrzymywania mezoporowatych (uporządkowanych oraz nieuporządkowanych) sfer węglowych z zamkniętymi wewnątrz nanocząstkami palladu. W syntezie tej jako templat wykorzystano lite sfery krzemionkowe, w których nanocząstki palladu naniesione zostały na powierzchnię lub zamknięte wewnątrz sfer.
3. Wykazano, że modyfikacja palladem mezoporowatych sfer węglowych prowadzi do obniżenia się stabilność termicznej oraz spadku parametrów teksturalnych OMHCS oraz DMHCS. Stwierdzono, że nie wpływa to jednak negatywnego na właściwości sorpcyjne modyfikowanych materiałów.
4. Dowiedziono, że funkcjonalizacja nanocząstkami palladu mezoporowatych sfer węglowych umożliwia zaadsorbowanie większej ilości wodoru w porównaniu do czystych OMHCS oraz DMHCS, pomimo blokowania przez nanocząstki Pd porów dostępnych dla fizysorpcji.
5. Najlepsze właściwości sorpcyjne wykazał materiał zbudowany ze sfer węglowych o nieuporządkowanych warstwach mezoporowatych oraz nanocząstek palladu naniesionych na ich powierzchnię (0,61 % wag. H₂, 40C, 45 bar). Dla tego materiału powierzchnia właściwa, całkowita objętość porów oraz objętość mikroporów wynosiły odpowiednio: 166 m²/g, 0,2638 cm³/g, 0,0773 cm³/g.
6. Dowiedziono, że na właściwości sorpcyjne funkcjonalizowanych palladem mezoporowatych sfer węglowych decydujący wpływ mają takie parametry jak: ilość, rozmiar oraz rozkład wielkości średnic nanocząstek palladu.
7. Stwierdzono, że wraz ze wzrostem zawartości palladu w próbce pojemność adsorpcyjna nieuporządkowanych mezoporowatych sfer węglowych rośnie. Najlepsze właściwości sorpcyjne wykazał materiał o zawartości palladu wynoszącej 75 % wag.
8. Wykazano, że osadzanie nanocząstek Pd na powierzchni mezoporowatych sfer węglowych o szerokim rozkładzie średnic, większym rozmiarze cząstek oraz zawartości prowadzi do zwiększenia pojemności sorpcyjnej otrzymanych sorbentów.
9. Udowodniono, że otrzymane sfery węglowe charakteryzują się dużą stabilnością oraz trwałością i mogą być wielokrotnie poddawane procesowi sorpcja/desorpcja wodoru.