Найдены новые характеристики платиносодержащих катализаторов

Исследования коллектива лаборатории «Наноструктурные материалы для электрохимической энергетики» Химического факультета ЮФУ направлены на разработку нового «зеленого» метода синтеза высокоэффективных катализаторов для топливных элементов без использования агрессивных химических реагентов и отсутствия отходов в процессе производства.

В Южном федеральном университете активно развиваются научные направления, связанные с «зеленой» энергетикой. Зеленая, или же альтернативная возобновляемая энергетика — это перспективные способы получения, передачи и использования энергии, которые распространены не так широко, как традиционные, однако представляют интерес из-за умеренной стоимости и низкого риска вреда окружающей среде.

По мнению ученых, переход на альтернативную энергетику, в частности замена двигателя внутреннего сгорания на водородный топливный элемент в автомобилях позволит существенно снизить загрязнения окружающей среды, за счет отсутствия выхлопных газов.

Исследовательская деятельность лаборатории «Наноструктурные материалы для электрохимической энергетики» Химического факультета ЮФУ как раз направлена на решение этих проблем и связана с созданием наноструктурных платиносодержащих катализаторов нового поколения, которые являются сердцем каждого водородно-воздушного топливного элемента и преобразуют химическую энергию топлива в электрическую. Важно, чтобы такие материалы сочетали высокие функциональные характеристики и минимальное содержание дорогостоящей платины.

Так, в последней работе коллектив молодых ученых рассмотрел особенности изменения структуры катализаторов с различной архитектурой наночастиц под воздействием разных типов предварительной обработки. К слову, сейчас большое распространение получили катализаторы на основе платины, легированные различными d-металлами, такими как медь, кобальт, никель и так далее. Однако в процессе работы топливного элемента происходит растворение d-металлов, что в свою очередь снижает токовые характеристики топливного элемента и, как следствие, длительность его работы.

Ученые пришли к выводу, что химическая или электрохимическая активация биметаллических катализаторов оказывает существенное влияние на их состав, микроструктуру и каталитическую активность в реакции восстановления кислорода.

«По сравнению с обработкой в различных кислотах, электрохимическая активация биметаллических катализаторов на основе платины оказывает большее влияние на активность в реакции электровосстановления кислорода. Стадию электрохимической активации рекомендуется использовать в качестве обязательной предобработки катализаторов для получения высокоактивных материалов», — отметила ведущий научный сотрудник Анастасия Алексеенко.

В рамках исследования специалисты также дали рекомендации по термической обработке катализаторов, улучшенными d-металлами. По словам ведущего научного сотрудника Сергея Беленова, условия термической обработки напрямую зависят от природы легирующего компонента. Так, для обработки катализаторов PtCo/C предпочтительнее более высокие температуры (≥700 ˚C), в отличие от материалов PtNi/C, для которых не рекомендуется использовать температуры обработки выше 300 ˚C из-за сегрегации легирующего металла.

Один из перспективных видов предварительной обработки катализаторов — сочетание кислотной и термической обработки. Как отмечает младший научный сотрудник Алина Невельская, различные сочетания этих двух типов предобработки в свою очередь могут значительно повысить активность и стабильность материалов.

«Работа представляет большой интерес для ученых, работающих как в области водородной энергетики, так и материаловедения, так как освещает разные аспекты формирования различных типов структур наночастиц, от чего напрямую зависят характеристики электрокатализаторов», — отметила младший научный сотрудник Ангелина Павлец.

Выводы ученых станут подспорьем для дальнейших исследований в области улучшения функциональных характеристик платиносодержащих катализаторов.

Результаты работы, проведенной в рамках проекта Российского научного фонда «Влияние эволюции состава/структуры биметаллических наночастиц на каталитическую активность» под руководством ведущего научного сотрудника лаборатории «Наноструктурные материалы для электрохимической энергетики» Химического факультета ЮФУ Сергея Беленова опубликованы в журнале Catalysts.

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4.3 (3 votes)
Источник(и):

Naked Science