Русский
English 74-82 стр.
Топливные элементы являются перспективными устройствами прямого преобразования химической энергии в электрическую с точки зрения эффективности и низкого уровня выброса загрязняющих веществ. Основным компонентом топливных элементов является твердым полимерным электролит. Мембраны из перфторированных сульфосодержащих сополимеров типа Nafion с различным содержанием сульфогрупп удовлетворяют большинству из условий применения, т.к. имеют достаточно высокую степень протонной проводимости, устойчивости в растворах электролитов и высокую механическую прочность. Принципиальным недостатком таких мембран является их относительно низкая ионная селективность и уменьшение механической прочности при температурах выше 100оС. Для улучшения характеристик мембраны применяют различные способы модификации, в том числе различными добавками и нано-частицами металлов. Основным препятствием для широкого крупномасштабного использования топлив-ных элементов является их себестоимость, в которой основную часть составляет стоимость электро-катализаторов на основе платиновых металлов. Поэтому разработка эффективных электродных мате-риалов с пониженным содержанием платиновых металлов является актуальной задачей. В данной работе синтезированы биметаллические наночастицы платина-рутений на комбинированных матрицах-носителях, состоящих из полимерной мембраны Nafion и углеродных нанотрубок. Проведено сравнение размеров наночастиц Pt-Ru при варьировании мольного отношения вода:ПАВ от 1.5 до 8. Обнаружено, что минимальный размер характерен для наночастиц, полученных при максимальном содержании плати-ны в наночастицах (7:1) и степени солюбилизации ω = 1.5. Установлено, что в реакции окисления метано-ла наибольшую каталитическую активность демонстрируют электродные материалы на основе биме-таллических наночастиц Pt-Ru(7:1) при загрузке катализатора 0.2 мг/см2 на полимерных подложках с до-бавкой многостенных углеродных нанотрубок при температуре 60оС.
1. Zhang J., Shen S. Low Platinum Fuel Cell Technologies. Springer, 2021. 223 p.
2. Elgowainy A. Electric, Hybrid, and Fuel Cell Vehicles (Encyclopedia of Sustainability Science and Technol-ogy Series). Springer, 2021 551 p.
3. Яштулов Н.А., Лебедева М.В., Зенченко В.О., Флид В.Р. Формирование электродных материалов с биметаллическими наночастицами платины и рутения на полимерных матрицах // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. 2015. Т. 58. № 4. С. 54 – 58.
4. 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. № 27. P. 12060 – 12068.
5. Jeong H.J., Kim J.W., Bae K., Jung H., Shim J.H. Platinum-Ruthenium Heterogeneous Catalytic Anodes Pre-pared by Atomic Layer Deposition for Use in Direct Methanol Solid Oxide Fuel Cells // ACS Catalysis. 2015. V. 5. № 3. Р. 1914 – 1921.
6. Samant P., Fernandes J.B. Insitu FTIR studies for the enhanced activity of Pt(HY) and Pt-Ru(HY) zeolite cat-alysts for electrooxidation of methanol in fuel cells // Chemical Physics Letters. 2020. V. 745. P. 137277.
7. Borghei M., Scotti G., Kanninen P., Weckman T., Anoshkin I.V., Nasibulin A.G., Franssila S., Kauppinen E.I., Kallio T., Ruiz V. Enhanced performance of a silicon microfabricated direct methanol fuel cell with PtRu catalysts supported on few-walled carbon nanotubes // Energy. 2014. V. 65. № 1. P. 612 – 620.
8. Altaf F., Gill R., Batool R., Rehman Z.U., Majeed H., Abbas G., Jacob K. Synthesis and applicability study of novel poly(dopamine)-modified carbon nanotubes based polymer electrolyte membranes for direct methanol fuel cell // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2020. V. 8. № 5. Р. 104118.
9. Lin C.W., Lu Y.S. Highly ordered graphene oxide paper laminated with a Nafion membrane for direct meth-anol fuel cells // Journal of Power Sources. 2013. V. 237. P. 187 – 194.
10. Yin C., Xiong B., Liu Q., Li J., Qian L., Zhou Y., He C. Lateral-aligned sulfonated carbon-nanotubes/Nafion composite membranes with high proton conductivity and improved mechanical properties // Journal of Membrane Science. 2019. V. 591. P. 117356.
11. Yashtulov N.A., Zaitcev N.K., Lebedeva M.V., Patrikeev L.N. New polymer-graphene nanocomposite elec-trodes with platinum-palladium nanoparticles for chemical power sources // Express Polymer Letters. 2019. V. 13. № 8. P. 739 – 748.
12. Лебедева М.В., Яштулов Н.А., Флид В.Р. Нанокатализаторы палладия на комбинированных матри-цах-носителях для портативных источников тока // Кинетика и катализ. 2019. Т. 60. № 2. С. 147 – 151.
2. Elgowainy A. Electric, Hybrid, and Fuel Cell Vehicles (Encyclopedia of Sustainability Science and Technol-ogy Series). Springer, 2021 551 p.
3. Яштулов Н.А., Лебедева М.В., Зенченко В.О., Флид В.Р. Формирование электродных материалов с биметаллическими наночастицами платины и рутения на полимерных матрицах // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. 2015. Т. 58. № 4. С. 54 – 58.
4. 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. № 27. P. 12060 – 12068.
5. Jeong H.J., Kim J.W., Bae K., Jung H., Shim J.H. Platinum-Ruthenium Heterogeneous Catalytic Anodes Pre-pared by Atomic Layer Deposition for Use in Direct Methanol Solid Oxide Fuel Cells // ACS Catalysis. 2015. V. 5. № 3. Р. 1914 – 1921.
6. Samant P., Fernandes J.B. Insitu FTIR studies for the enhanced activity of Pt(HY) and Pt-Ru(HY) zeolite cat-alysts for electrooxidation of methanol in fuel cells // Chemical Physics Letters. 2020. V. 745. P. 137277.
7. Borghei M., Scotti G., Kanninen P., Weckman T., Anoshkin I.V., Nasibulin A.G., Franssila S., Kauppinen E.I., Kallio T., Ruiz V. Enhanced performance of a silicon microfabricated direct methanol fuel cell with PtRu catalysts supported on few-walled carbon nanotubes // Energy. 2014. V. 65. № 1. P. 612 – 620.
8. Altaf F., Gill R., Batool R., Rehman Z.U., Majeed H., Abbas G., Jacob K. Synthesis and applicability study of novel poly(dopamine)-modified carbon nanotubes based polymer electrolyte membranes for direct methanol fuel cell // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2020. V. 8. № 5. Р. 104118.
9. Lin C.W., Lu Y.S. Highly ordered graphene oxide paper laminated with a Nafion membrane for direct meth-anol fuel cells // Journal of Power Sources. 2013. V. 237. P. 187 – 194.
10. Yin C., Xiong B., Liu Q., Li J., Qian L., Zhou Y., He C. Lateral-aligned sulfonated carbon-nanotubes/Nafion composite membranes with high proton conductivity and improved mechanical properties // Journal of Membrane Science. 2019. V. 591. P. 117356.
11. Yashtulov N.A., Zaitcev N.K., Lebedeva M.V., Patrikeev L.N. New polymer-graphene nanocomposite elec-trodes with platinum-palladium nanoparticles for chemical power sources // Express Polymer Letters. 2019. V. 13. № 8. P. 739 – 748.
12. Лебедева М.В., Яштулов Н.А., Флид В.Р. Нанокатализаторы палладия на комбинированных матри-цах-носителях для портативных источников тока // Кинетика и катализ. 2019. Т. 60. № 2. С. 147 – 151.