Электрохимическое получение наноразмерных pt/c катализаторов для твердополимерных топливных элементов

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Исследовано электрохимическое поведение платиновых электродов в растворах щелочей под действием переменного импульсного тока. Установлены условия, в которых происходит диспергирование платины. Показано, что скорость диспергирования платиновых электродов в растворе гидроксида натрия (2 моль/л) возрастает вплоть до плотности тока 0,2 А/см2 и при дальнейшем ее увеличении скорость процесса не изменяется. При низких плотностях тока (ниже 0,04 А/см2), а также под действием ассиметричного тока на электродах образуется неоднородная по структуре оксидная пленка.
2. Предложен механизм электрохимического диспергирования платины, включающий параллельно и последовательно протекающие процессы разряда и внедрения катионов щелочного металла; разложения интерметаллида при химическом взаимодействии с водой; электрохимическую инжекцию вакансий из объема металла на поверхность; выделение водорода и кислорода; образование и рост оксида на поверхности платины; восстановление оксида при взаимодействии с адсорбированным и молекулярным водородом; термокинетические явления на границе электрод-электролит; зарождение и рост элементарных трещин за счет поглощения ноль- и одномерных дефектов.
3. Разработан метод получения наноразмерных Pt/C катализаторов, основанный на электрохимическом диспергировании платины и одновременном осаждении образующихся частиц на углеродный носитель.
4. Установлена структура Pt/C катализаторов, полученных методом электрохимического диспергирования. Катализатор характеризуется равномерным распределением активной компоненты по поверхности углеродного носителя, размерами кристаллитов платины 6-8 нм с преобладающей кристаллографической ориентацией Pt(100).
5. Показано, что Pt/C катализаторы, полученные методом электрохимического диспергирования платины, характеризуются высокой устойчивостью к деградации и высокой удельной электрокаталитической активностью в процессах окисления метанола, этанола и этиленгликоля, в 2-3 раза превышающей активность коммерческого катализатора Е-ТЕК, что обусловлено морфологией частиц платины.
6. Показано, что использование Pt/C катализаторов в составе воздушно-водородного и кислородно-водородного мембранно-электродного блока (60 0 С, содержание платины 0,7-0,8 мг/см2) позволяют достигать мощности топливной ячейки 212 и 440 мВт/см2 соответственно.
7. Разработана принципиальная технологическая схема синтеза Pt/C катализаторов путем электрохимического диспергирования платины.

Список публикаций по теме диссертации

В журналах и изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Электрохимический способ получения нанодисперсного Pt/C катализатора и перспективы его применения в низкотемпературных топливных элементах / Куриганова А.Б., Герасимова Е.В., Леонтьев И.Н. [и др.] / Альтернативная энергетика и экология. - 2011. - №5. - С. 58-63. (0,5/0,15).
2. Смирнова Н.В., Куриганова А.Б. Электрохимическое разрушение платины – новый путь синтеза наноразмерных Pt/C катализаторов для низкотемпературных топливных элементов // Электронный журнал «Инженерный вестник Дона». – 2011. - №1. http://ivdon.ru/magazine/latest/n1y2011/360/ (0,2/0,13).

Патенты:

3. Пат. RU 2424051 РФ, МПК 51 B01J13/00, C01G55/00, B82B1/00. Способ получения коллоидных растворов платины / Ю.Д. Кудрявцев, Н.В. Смирнова, А.Б. Куриганова; Юж.-Росс. гос. техн. ун-т (НПИ). - № 2009106883/05; опубл. 20.07.2011. Бюл. №20.
4. Пат. RU 2424850 РФ, МПК 51 B01J 37/34, B01J 23/42, B01J 32/00, B82B1/00. Способ получения катализатора с наноразмерными частицами платины. / Н.В. Смирнова, Ю.Д. Кудрявцев, А.Б. Куриганова, В.А. Клушин. Юж.-Росс. гос. техн. ун-т (НПИ). - № 2009106892/04; опубл. 20.07.2011. Бюл. №21.

В других журналах и изданиях:

5. Смирнова Н.В., Леонтьев И.Н., Куриганова А.Б. Электрохимическое получение наноразмерных Pt/C катализаторов // III Всероссийская конференция по наноматериалам НАНО-2009: тезисы докладов. – Екатеринбург: Уральское изд-во, 2009 г. – C. 686-688. (0,09/0,04).
6. Куриганова А.Б., Леонтьев И.Н., Смирнова Н.В. Синтез Pt/C нанокатализаторов путем электрохимического диспергирования платины // V Международная конференция по новым технологиям и приложениям современных физико-химических методов для изучения окружающей среды: материалы конф. – Ростов-на-Дону, 2009 г. – С.67-68. (0,33/0,17).
7. Куриганова А.Б., Смирнова Н.В., Леонтьев И.Н. Электрохимический синтез Pt/C катализатора с частицами контролируемой формы для низкотемпературных топливных элементов // II Международный форум по нанотехнологиям Rusnanotech’09. Москва, 6-8 октября 2009 г. С.727-730. (0,29/0,12).
8. Kuriganova A.B., Smirnova N.V., Leontyev I.N. Cathodic intercalation and destruction of metals – a new way of synthesis of Pt/C catalysts for low temperature fuel cells //Rusnanotech: nanotechnology International forum, Moscow. [Электронный ресурс]. –М., 2010. –1 электрон. опт. диск (CD-ROM)
9. Куриганова А.Б., Смирнова Н.В., Леонтьев И.Н. Каталитические свойства Pt/C катализатора, синтезированного методом электрохимического диспергирования платины // Материалы Международного молодежного научного форума «Ломоносов-2010» [Электронный ресурс]. – М.: МАКС Пресс, 2010 г. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM).
10. Kuriganova A.B., Smirnova N.V., Leontyev I.N. Prospects for the applications of Pt/C catalysts obtained by cathode destruction of platinum for low temperature fuel cells // 9th International Frumkin Symposium “Electrotechnologies and materials for XXI century” Moscow, 24-29 October 2010. P. 102. (0,06/0,03).
11. Куриганова А.Б. Нанокомпозиционный Pt/C материал, полученный путем электрохимического разрушения платины под действием переменного тока: синтез, электрокаталитические свойства // Труды III Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых ученых по направлению «Наноматериалы», Рязань 27 сент. – 2 окт. 2010г. С. 72-76. (0,47).
12. Куриганова А.Б., Леонтьев И.Н., Смирнова Н.В. Электроокисление спиртов на платиноуглеродных катализаторах, полученных методом электрохимического диспергирования платины// XVII совещание по электрохимии органических соединений: тез. докл. Тамбов, 2010 г. С. 131. (0,06/0,03).
13. Каталитические свойства Pt/C, Pt3Co/C в реакции электровосстановления кислорода / Леонтьева Д.В., Куриганова А.Б., Леонтьев И.Н. [и др.] / Актуальные проблемы электрохимической технологии: сб. статей молодых ученых. Саратов. – 2011 г. – Т. 2. – С. 116-118. (0,18/0,06).
14. Smirnova N.V., Kuriganova A.B. Some structure effects of nanosized Pt/C for low temperature fuel cells // Ion transport in organic and organic membranes: conference proceedings. – Krasnodar. 2011. - P. 196. (0,1/0,06).
15. Куриганова А.Б., Леонтьев И.Н., Смирнова Н.В. Электрохимический способ получения наноразмерных Pt/C катализаторов и перспективы их применения в топливных элементах // Фундаментальные проблемы электрохимической энергетики – ЭХЭ-2011: сб. материалов. - Саратов. -2011 г. С. 262-265. (0,2/0,09).
16. Смирнова Н.В., Куриганова А.Б., Леонтьева Д.В. Перспективы использования переменного тока для синтеза наноразмерных платиносодержащих металлуглеродных катализаторов для низкотемпературных топливных элементов // Российский конгресс по катализу «РОСКАТАЛИЗ»: сб. тез. – Новосибирск, 2011. – Т.1. – С.116. (0,06/0,03).

Личный вклад соискателя. [1, 2,] постановка задач исследований, разработка моделей и алгоритмов реализации; [3, 4] методики получения коллоидных растворов платины и катализаторов с наноразмерными частицами платины [5-16] постановка задач исследований, проведение расчетов и обобщение полученных результатов.

Куриганова Александра Борисовна

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ПОЛУЧЕНИЕ НАНОРАЗМЕРНЫХ

Pt/C КАТАЛИЗАТОРОВ ДЛЯ ТВЕРДОПОЛИМЕРНЫХ

ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Автореферат

Подписано в печать 10.11.2011.

Формат 6084 1/16. Бумага офсетная. Ризография.

Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 48-3703.

Отпечатано в ИД «Политехник»

346428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132,

тел., факс (8635)25-53-03