НАНОМАТЕРИАЛЫ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ: МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ

Редкоземельные материалы обладают уникальными свойствами хранения водорода по сравнению с другими материалами благодаря своей особой структуре электронных оболочек. Среди них редкоземельные наноматериалы имеют большую удельную площадь поверхности и большее количество активных реакционноспособных центров по сравнению с традиционными редкоземельными материалами, что приводит к более стабильным и эффективным процессам адсорбции. Что касается методов получения и контроля морфологии редкоземельных наноматериалов, в данной статье рассматриваются такие методы получения, как твердофазный, жидкофазный и парофазный. Обсуждаются факторы, влияющие на морфологию наноматериалов, и стратегии контроля различных методов, анализируются преимущества и недостатки каждого метода, а также прогресс исследований в разных странах и регионах. Одновременно обобщаются области применения редкоземельных наноматериалов в твердотельном хранении водорода, электрохимическом хранении водорода, жидкостном хранении водорода, каталитическом горении и других областях. В данном исследовании рассматривается взаимосвязь между методами получения, контролем морфологии и характеристиками хранения водорода, с особым акцентом на наноматериалы на основе редкоземельных элементов. Подчеркиваются проблемы и перспективы их практического применения в системах хранения энергии. В статье обобщены механизмы хранения водорода с использованием редкоземельных элементов и достигнутые результаты исследований. Также представлены перспективы развития области наноматериалов на основе редкоземельных элементов.

1. Packirisamy V., Arularasu M.V., Anbu P., Ariyamthu R. Advanced energy storage with lanthanum-based materials // Results in Surfaces and Interfaces, 19 (2025) 100544. – https://doi.org/10.1016/j.rsurfi.2025.100544

2. Xi C., Bowan T., Ruipeng Z., Kai Y., Zhenzhe L., Tian X., Yao Z., Tong Z., Yudong X. Efficient preparation of the inclined La1-xCaxMnO3 films with excellent light-induced transverse thermoelectric performance based on MOCVD process // Vacuum 208 (2023) 111695. – https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2022.111695

3. Muhammad K.S., Shazia B., Qazi S.A., Nazish Y., Sohail A., Mahreen A., Khaliq M., Ayesha K. Effect of substrate temperature on the growth of copper oxide thin films deposited by pulsed laser deposition technique // Surface Review and Letters 25(04) (2018) 1850053. – https://doi.org/10.1142/S0218625X18500531

4. Hiroaki N., Tsukasa H., Akiko M., Yuichiro T., Satoshi K., Yoshiya H. Effect of laser fluence and ambient gas pressure on surface morphology and chemical composition of hydroxyapatite thin films deposited using pulsed laser deposition // Applied Surface Science 427 (2018) 458-463. – https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.08.129

5. Roberta G.T., Graziella M,Ignazio L. F., Raffaella L.N., Maria L. Giovanni B. Relationship between the Nanostructures and the Optical Properties of CeO2 Thin Films // The Journal of Physical Chemistry B 108(42) (2004) 16357-16364. – https://doi.org/10.1021/jp048083j

6. Nannan W., Yalei W., Huaifei L., Xiang X. The influence of pH value on the synthesis of ytterbium silicate nano-powders by cocurrent coprecipitation method // Journal of Non-Crystalline Solids 614 (2023) 122407. – https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2023.122407

7. Lian-jie Z., Mei-sheng C., Hao W., Yong-ke H., Shi-lei C., Zhi-zhe Z., Zhi-qi L., Yong-qi Z. Effects of coprecipitation temperature on structure and properties of La and Y doped cerium zirconium mixed oxides // Transactions of Nonferrous Metals Society of China 32(2) (2022) 618-628. – https://doi.org/10.1016/S1003-6326(22)65820-5

8. Ryota S, Yusuke A., Dai M., Sakae T., Wataru S. Synthesis of Luminescent La2O3:Eu3+ Nanosheet By Graphite Oxide Nanosheet Templating // ECS Meeting Abstracts (2016) 3114. 10.1149/MA2016-02/42/3114

9. Dos Santos A.P.B., Dantas T.C.M., Costa J.A.P., Souza L.D., Soares J.M., Caldeira V.P.S., Araújo A.S., Santos A.G.D. Formation of CeO2 nanotubes through different conditions of hydrothermal synthesis // Surfaces and Interfaces 21 (2020) 100746. – https://doi.org/10.1016/j.surfin.2020.100746

10. Masoud S.N., Ghader H, Fatemeh D. Synthesis of lanthanum hydroxide and lanthanum oxide nanoparticles by sonochemical method // Journal of Alloys and Compounds 509(10) (2011) 4098-4103. – https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2010.07.083

11. Lesbayev B.T., Rakhymzhan N., Ustayeva G., Maral Ye., Atamanov M.K., Auyelkhankyzy M., Zhamash A. Preparation of nanoporous carbon from rice husk with improved textural characteristics for hydrogen sorption // J. Compos. Sci., 8(2) (2024) 74 https://doi.org/10.3390/jcs8020074

12. Li X., Tian H., Yan S., Shi H., Wu J., Sun Y., Xing Y., Bai H., Zhang H. Micropores enriched ultra-high specific surface area activated carbon derived from waste peanut shells boosting performance of hydrogen storage // International journal of hydrogen energy 50 (2024) 324e336. – https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.07.094

13. Sutton A.L., Mardel J.I., Hill M.R. Metal-Organic Frameworks (MOFs) as hydrogen storage materials at near-ambient temperature // ChemEurJ. 30 (44) (2024) e202400717 https://doi.org/10.1002/chem.202400717

14. Manda T., Barasa G.O., Louis H., Irfan A., Agumba J.O., Lugasi S.O., Pembere A.M.S. A data-guided approach for the evaluation of zeolites for hydrogen storage with the aid of molecular simulations // J. Mol Model 30, (2024) 43 https://doi.org/10.1007/s00894-024-05837-z

15. Chandra S., Sharma P., Muthukumar P., Tatiparti S.S.V. Experimental hydrogen sorption study on a LaNi5-based 5 kg reactor with novel conical fins and water tubes and its numerical scale-up through a modular approach // International Journal of Hydrogen Energy 48 (96), (2023) 37872-37885. – https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.08.098

16. Wei L., Kondo-Francois A.Z. Low temperature synthesis of LaNi5 nanoparticles for hydrogen storage // International Journal of Hydrogen Energy 41(3) (2016) 1679-1687. – https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2015.10.128

17. Xiaojuan F., Haiyan Z., Yiming C., Shunhua L., Shuangping Y., Chun Z., Minghua L., Yanjuan Z., Jin C. The effect of carbon nanotubes on the electrochemical hydrogen storage performance of LaNi5 rare earth alloy // Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures 25(4) (2005) 414-420. – https://doi.org/10.1016/j.physe.2004.07.003

18. Houqun X., Fangren Q., Xiaoxuan Z., Huazhou H., Ruizhu T., Chengsi H., Wenhao Z., Xincong H., Zonghua P., Chuanming M., Ruixiang W., Luocai Y., Qingjun C. Effect of Ce0.6Zr0.4O2 nanocrystals on boosting hydrogen storage performance of MgH2 // Chemical Engineering Journal 494(15) (2024) 153203. – https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.153203

19. Hongen Y., Yong W., Shunpeng C., Zewei X., Yiman W., Nuo C., Xue Y., Wei L., Lei X., Xingguo L., Jie Z. Pd-modified LaNi5 nanoparticles for efficient hydrogen storage in a carbazole type liquid organic hydrogen carrier // Applied Catalysis B: Environment and Energy 317(15) (2022) 121720. – https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.121720

20. Long L., Yiming L., Zeming Y., Suxia L., Ajit S., Fei Y., Baoquan L., Lirong L., Yongzhi L. Nanoscale microstructures and novel hydrogen storage performance of as cast V47Fe11Ti30Cr10RE2 (RE = La, Ce, Y, Sc) medium entropy alloys // Journal of Alloys and Compounds 913 (2022) 165273. – https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.165273

21. Ting Z., Li L., Yifang Z., Min G., Yuan D., Dong X., Peng H., Hansong C., Ming Y. La promoted Ni0-Niδ+ synergistic interaction for rapid and deep hydrogenation of liquid organic hydrogen carriers // Chemical Engineering Journal 493 (2024) 152354. – https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152354

22. Jianjun L., Qilu Y., Xiaolei Z., Haochong W., Zhang-Hui L. Defects engineering of metal-organic framework immobilized Ni-La(OH)3 nanoparticles for enhanced hydrogen production // Applied Catalysis B: Environment and Energy 320 (2023) 121989. – https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.121989

23. Meng Q., Yueming L., Xiao-Jun L. Preparation of Ce- and La-Doped Li4Ti5O12 Nanosheets and Their Electrochemical Performance in Li Half Cell and Li4Ti5O12/LiFePO4 Full Cell Batteries // Nanomaterials 7(6) (2017) 150. – https://doi.org/10.3390/nano7060150

24. Wei L., Jingbo Z., Dongsheng F., Yaozong L., Linping F., Longhua Z., Ming L. Hydrothermal Synthesis and Electrochemical Performance of the Ce2Mo3O12/MoS2/C Composite as Anode Material for Lithium-Ion Batteries // ACS Omega 10(18) (2025) 18539–18551. – https://doi.org/10.1021/acsomega.4c11155

25. Haodong W., Xiaoxu L., Chi C., Pei S., Houzhao W., Hao W., Xingguang C., Dan S. Novel 2D bifunctional layered rare-earth hydroxides@GO catalyst as a functional interlayer for improved liquid-solid conversion of polysulfides in lithium-sulfur batteries // Chinese Chemical Letters 35(5) (2024) 108473. – https://doi.org/10.1016/j.cclet.2023.108473