ФОРМИРОВАНИЕ НАНОКОМПОЗИТНЫХ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ С БИМЕТАЛЛИЧЕСКИМИ НАНОЧАСТИЦАМИ ДЛЯ АВТОНОМНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ

, ,
 5-12 стр.
Разработка высокоэффективных автономных источников энергии позволяет осуществлять стабильное и бесперебойное энергоснабжение физико-химических процессов и производств при различных режимах эксплуатации. Современные технологические методы и подходы к получению наноструктурированных электродных материалов, а также выяснение особенностей механизмов электрохимических реакций на основе наночастиц платиновых металлов дают возможность конструировать датчики контроля, топливные элементы и электролизеры с повышенными энергетическими характеристиками. Углеродные нанотрубки, используемые для создания наноструктурированных электродов в химических преобразователях энергии, обладают высокими функциональными свойствами по сравнению с другими матрицами и, модифицированные наночастицами с пониженным содержанием металлов, позволяют по-высить электрокаталитически активную площадь поверхности электрода и достигнуть максимальных параметров мощности топливного элемента. В данной работе было осуществлено формирование биме-таллических наноструктурированных композитов с варьируемым составом на углеродных матрицах-носителях для конструирования электродов автономных источников тока. В качестве подложек были выбраны одно- и многостенные углеродные нанотрубки. Для получения композитов были синтезированы биметаллические наночастицы платина-палладий с различным соотношением металлов. Проведены исследования материалов методами электронной микроскопии и рентгенофазового анализа. В результате установлен оптимальный алгоритм, метод синтеза и условия создания нанокомпозитов с минимальными размерами частиц. Изменяя мольное соотношение вода: ПАВ, а также соотношение металлов-прекурсоров, можно получать биметаллические наночастицы платина-палладий размером до 12 нм. Получены данные влияния условий формирования наночастиц металлов на их размеры, форму и распределение по поверхности матрицы. Сформирована серия опытных образцов для практического использования при конструировании источников тока.
Ключевые слова:
биметаллические наночастицы, углеродные нанокомпозиты, электронная микроскопия, источники энергии
Самойлов В.М.
Доктор технических наук, профессор, МИРЭА – Российский технологический университет
Лебедева М.В.
Кандидат химических наук, доцент, МИРЭА – Российский технологический университет
Головачева В.А.
Старший преподаватель, МИРЭА – Российский технологический университет
1. Khellaf A. Advances in Renewable Hydrogen and Other Sustainable Energy Carriers. Springer Singapore, 2021. 530 p.
2. Kúš P. Thin-Film Catalysts for Proton Exchange Membrane Water Electrolyzers and Unitized Regenerative Fuel Cells. Springer International Publishing, 2019. 101 p.
3. Li H., Zhang Y., Wan Q., Li Y., Yang N. Expanded graphite and carbon nanotube supported palladium nanoparticles for electrocatalytic oxidation of liquid fuels. Carbon. 2018. V. 131. P. 111 – 119.
4. Lipman T.E., Weber A.Z. Fuel Cells and Hydrogen Production. Springer New York, 2019. 1182 p.
5. Sharma S. Advances in Membranes for Low Temperature Fuel Cells. Smithers Rapra Technology, 2018. 276 p.
6. 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.
7. 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.
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. 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.
10. 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.
11. Яштулов Н.А., Лебедева М.В., Пестов С.М. Катализаторы анодного окисления муравьиной кислоты на углеродных нанотрубках «Таунит» // Тонкие химические технологии. 2016. Т. 11. № 5. С. 59 – 64.
12. Яштулов Н.А., Лебедева М.В., Мясникова Н.В., Рагуткин А.В., Флид В.Р. Каталитическая активность биметаллических полимерных нанокомпозитов Pt-Pd в реакции окисления муравьиной кислоты // Известия АН. Сер. Хим. 2017. Т. 66. № 3. С. 474 – 478.