Российские ученые нашли безазотную альтернативу ракетному топливу
Российские химики исследовали молекулы класса молекулярных оксидов углерода и обнаружили, что некоторые из них могут накапливать большое количество энергии и резко выделять ее, подобно взрывчатым веществам, без применения азота. Новое открытие может стать основой, в том числе, для новых типов ракетного топлива.
Открытие совершила группа ученых из Сколтеха под руководством Артема Оганова во время исследования оксидов углерода, или оксокарбонов — сложных соединений, состоящих из множества атомов углерода, к которым присоединены атомы кислорода. Они обнаружили взрывные химические вещества, в которых нет ни грамма азота.
Специалисты исследовали разнообразие молекул, которые могут образоваться из атомов кислорода и углерода. Помимо хорошо известных углекислого и угарного газов, в результате моделирования было обнаружено около 200 нетипичных, но относительно стабильных соединений этих элементов. Многие из них ранее не были известны. Такой класс веществ класс веществ представляет интерес для различных областей науки и техники. В том числе, они могут быть полезны для исследования космоса, поскольку могут использоваться в качестве основы ракетного топлива. Выяснилось, что некоторые из открытых веществ при распаде могут выделять более 75% взрывной энергии тротила.
В ходе исследования были обнаружены 32 соединения, которые соответствуют сразу двум критериям: обладают взрывной силой и могут быть синтезированы. Среди них — C₄O₈ и C₄O₉, а также впервые описанные C₆O₁₂ и C₆O₁₃. Все четыре оксида содержат не менее 75% взрывной силы тротила, а молекула C₄O₉ и вовсе высвобождает рекордные 81% энергии.
Исследователи изучают вещества с высокой плотностью энергии с целью найти более эффективные соединения, чем традиционные взрывчатые вещества, содержащие азот (такие как тротил или компоненты топлива, как перхлорат аммония). Многие вещества с высокой плотностью энергии содержат в своей основе азотные соединения. В химических реакциях атомы азота стремятся достичь наиболее стабильного состояния, образуя двухатомные молекулы N₂ газообразного азота. Этот процесс высвобождает большое количество энергии.
Химики из Сколтеха предположили, что если энергия связи в молекуле угарного газа CO больше, то можно найти соединение, в продуктах распада которого будет присутствовать угарный газ. Такая реакция будет высвобождать еще больше энергии. Некоторые из рассмотренных оксидов углерода при полном распаде выделяли до 81% энергии тротила, но при этом образовывался углекислый газ, а не угарный.
Оксокарбоны могут быть использованы в различных областях, включая высокотехнологичную энергетику, производство электродных материалов для литий-ионных батарей, а также в биохимических и космических исследованиях. Изучение свойств этих веществ важно для анализа продуктов сгорания таких видов углеводородного топлива, как керосин, этанол и диметиловый эфир. Предполагается, что оксокарбоны могут быть обнаружены также в межзвездной среде и атмосферах планет, что делает их привлекательной целью астрофизиков. Однако этот класс веществ все еще недостаточно изучен, и российские ученые сделали важный шаг к заполнению этого пробела в знаниях.
Ранее стало известно, что ученые Сколтеха совместно со специалистами из РКК «Энергия» разработают пятикоординатный 3D-принтер, в котором будут подвижны не только сопла, но и платформа. Он будет рассчитан на печать композитных изделий.
