Русский
English 58-66 стр.
Развитие современных нанотехнологических методов и подходов к синтезу и формированию наноструктур позволяет создавать новые материалы, сочетающие в себе различные функциональные свойства и уникальные физико-химические характеристики. Для разработки электродных материалов преобразователей энергии используют нанокомпозиты, в составе в которых присутствуют наноразмерные частицы, что позволяет получать катализаторы с повышенной активностью и стабильностью. Коммерческие перфторированные протонообменные мембраны типа Nafion и углеродсодержащие носители (углеродные нанотрубки, графен, фуллерены) являются перспективными матрицами носителями для химических источников энергии – топливных элементов. Наночастицы на основе платины, палладия, либо их сплавы являются отличными материалами для реакций электрокаталитического окисления водорода и восстановления кислорода, которые происходят в топливных элементах. В элементах на основе прямого окисления муравьиной кислоты, в основном, используются биметаллические наночастицы на основе палладия, которые проявляют более высокие каталитические свойства. В данной работе были синтезированы новые эффективные полимер-углеродные композиты, модифицированные наночастицами палладия. В качестве подложек были выбраны одно- и многостенные углеродные нанотрубки. Проведены физико-химические исследования полученных материалов методами электронной микроскопии и малоуглового рентгеновского светорассеяния. Установлены размеры наночастиц в составе функциональных матриц-носителей. Обнаружено, что углеродный наполнитель способствует лучшей стабилизации наночастиц малого размера в составе композита. Получены данные влияния условий формирования наночастиц металлов на их размеры, форму и распределение по поверхности матрицы. Исследована стабильность образцов с варьируемой загрузкой палладия на различных матрицах-носителях методом хроноамперометрии. Доказана перспективность использования сформированных материалов для электродов топливных элементов с прямым окислением муравьиной кислоты.
1. Kúš P. Thin-Film Catalysts for Proton Exchange Membrane Water Electrolyzers and Unitized Regenerative Fuel Cells. Springer International Publishing, 2019. 101 p.
2. Sharma S. Advances in Membranes for Low Temperature Fuel Cells. Smithers Rapra Technology, 2018. 276 p.
3. Akay R.G., Yurtcan A.B. Direct Liquid Fuel Cells. Fundamentals, Advances and Future. Springer International Publishing, 2020. 328 p.
4. Wu Y., Huang J., Lin Z., Li L., Liang G., Jin Y.Q., Huang G., Zhang H., Chen J., Xie F., Jin Y., Wang N., Meng H. Fe-Nx doped carbon nanotube as a high efficient cathode catalyst for proton exchange membrane fuel cell // Chemical Engineering Journal. 2021. V. 423. P. 130241.
5. Fontana M., Ramos R., Morin A., Dijon J. Direct growth of carbon nanotubes forests on carbon fibers to replace microporous layers in proton exchange membrane fuel cells // Carbon. 2021. V. 172. P. 762 – 771.
6. Battirola L.C., Schneider J.F., Torriani I.C.L., Tremiliosi-Filho G. Improvement on direct ethanol fuel cell performance by using doped-Nafion 117 membranes with Pt and Pt-Ru nanoparticles // International Journal of Hydrogen Energy. 2013. V. 38. P. 12060 – 12068.
7. Яштулов Н.А., Патрикеев Л.Н., Зенченко В.О., Лебедева М.В., Зайцев Н.К., Флид В.Р. Нанокатализаторы палладий-платина-пористый кремний для топливных элементов с прямым окислением муравьиной кислоты // Российские нанотехнологии. 2016. Т. 11. № 9-10. С. 45 – 50.
8. Kim J., Kim H., Song H., Kim D., Kim G.H., Im D., Jeong Y., Park T. Carbon nanotube sheet as a microporous layer for proton exchange membrane fuel cells // Energy. 2021. V. 227. P. 120459.
9. Yashtulov N.A., Lebedeva M.V., Patrikeev L.N., Zaitcev N.K. New polymer-graphene nanocomposite electrodes with platinum-palladium nanoparticles for chemical power sources // eXPRESS Polymer Letters. 2019. V.13. № 8. P. 739 – 748.
10. Liu Z., Abdelhafiz A.A., Jiang Y., Qu C. Chang I., Zeng J., Liao S., Alamgir F.M. Pt/graphene with intercalated carbon nanotube spacers introduced by electrostatic self-assembly for fuel cells // Materials Chemistry and Physics. 2019. V. 225. P. 371 – 378.
11. Лебедева М.В., Антропов А.П., Рагуткин А.В., Яштулов Н.А. Платиновые нано электрокатализаторы для водородно-воздушных источников энергии // Computational nanotechnology. 2020. Т. 7. № 1. С. 26 – 29.
12. Лебедева М.В., Яштулов Н.А., Флид В.Р. Нанокатализаторы палладия на комбинированных матрицах-носителях для портативных источников тока // Кинетика и катализ. 2019. Т. 60. № 2. С. 147 – 151.
2. Sharma S. Advances in Membranes for Low Temperature Fuel Cells. Smithers Rapra Technology, 2018. 276 p.
3. Akay R.G., Yurtcan A.B. Direct Liquid Fuel Cells. Fundamentals, Advances and Future. Springer International Publishing, 2020. 328 p.
4. Wu Y., Huang J., Lin Z., Li L., Liang G., Jin Y.Q., Huang G., Zhang H., Chen J., Xie F., Jin Y., Wang N., Meng H. Fe-Nx doped carbon nanotube as a high efficient cathode catalyst for proton exchange membrane fuel cell // Chemical Engineering Journal. 2021. V. 423. P. 130241.
5. Fontana M., Ramos R., Morin A., Dijon J. Direct growth of carbon nanotubes forests on carbon fibers to replace microporous layers in proton exchange membrane fuel cells // Carbon. 2021. V. 172. P. 762 – 771.
6. Battirola L.C., Schneider J.F., Torriani I.C.L., Tremiliosi-Filho G. Improvement on direct ethanol fuel cell performance by using doped-Nafion 117 membranes with Pt and Pt-Ru nanoparticles // International Journal of Hydrogen Energy. 2013. V. 38. P. 12060 – 12068.
7. Яштулов Н.А., Патрикеев Л.Н., Зенченко В.О., Лебедева М.В., Зайцев Н.К., Флид В.Р. Нанокатализаторы палладий-платина-пористый кремний для топливных элементов с прямым окислением муравьиной кислоты // Российские нанотехнологии. 2016. Т. 11. № 9-10. С. 45 – 50.
8. Kim J., Kim H., Song H., Kim D., Kim G.H., Im D., Jeong Y., Park T. Carbon nanotube sheet as a microporous layer for proton exchange membrane fuel cells // Energy. 2021. V. 227. P. 120459.
9. Yashtulov N.A., Lebedeva M.V., Patrikeev L.N., Zaitcev N.K. New polymer-graphene nanocomposite electrodes with platinum-palladium nanoparticles for chemical power sources // eXPRESS Polymer Letters. 2019. V.13. № 8. P. 739 – 748.
10. Liu Z., Abdelhafiz A.A., Jiang Y., Qu C. Chang I., Zeng J., Liao S., Alamgir F.M. Pt/graphene with intercalated carbon nanotube spacers introduced by electrostatic self-assembly for fuel cells // Materials Chemistry and Physics. 2019. V. 225. P. 371 – 378.
11. Лебедева М.В., Антропов А.П., Рагуткин А.В., Яштулов Н.А. Платиновые нано электрокатализаторы для водородно-воздушных источников энергии // Computational nanotechnology. 2020. Т. 7. № 1. С. 26 – 29.
12. Лебедева М.В., Яштулов Н.А., Флид В.Р. Нанокатализаторы палладия на комбинированных матрицах-носителях для портативных источников тока // Кинетика и катализ. 2019. Т. 60. № 2. С. 147 – 151.