Научная статья на тему 'СИНТЕЗ УГЛЕРОДНЫХ НАНОВОЛОКОН НА КЛАСТЕРАХ ПЛАТИНЫ И ИССЛЕДОВАНИЕ КАТАЛИТИЧЕС КИХ СВОЙСТВ ПОЛУЧЕННЫХ КОМПОЗИТОВ'

СИНТЕЗ УГЛЕРОДНЫХ НАНОВОЛОКОН НА КЛАСТЕРАХ ПЛАТИНЫ И ИССЛЕДОВАНИЕ КАТАЛИТИЧЕС КИХ СВОЙСТВ ПОЛУЧЕННЫХ КОМПОЗИТОВ Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
33
10
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — А.А. Володин, Герасимова Е.В., Фролова Л.А., Добровольский Ю.А., Тарасов Б.П.

Carbon nano-fibers based on Pt/MgO catalysts were synthesized by different methods. It was demonstrated, that co-precipitation tends to be the most effective method of preparation of Pt catalyst. Catalytical activity of the resulting materials was studied by cyclic voltamperometry method. It was demonstrated that the resulting Pt/CNF composites feature the high catalytic activity. The prospects of implementing the above materials as electric catalysts in ethanol fuel elements are given consideration to.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — А.А. Володин, Герасимова Е.В., Фролова Л.А., Добровольский Ю.А., Тарасов Б.П.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Synthesis of carbon nano-fibers based on platinum clusters and study of catalytic proper ties of the resulting composites

Carbon nano-fibers based on Pt/MgO catalysts were synthesized by different methods. It was demonstrated, that co-precipitation tends to be the most effective method of preparation of Pt catalyst. Catalytical activity of the resulting materials was studied by cyclic voltamperometry method. It was demonstrated that the resulting Pt/CNF composites feature the high catalytic activity. The prospects of implementing the above materials as electric catalysts in ethanol fuel elements are given consideration to.

Текст научной работы на тему «СИНТЕЗ УГЛЕРОДНЫХ НАНОВОЛОКОН НА КЛАСТЕРАХ ПЛАТИНЫ И ИССЛЕДОВАНИЕ КАТАЛИТИЧЕС КИХ СВОЙСТВ ПОЛУЧЕННЫХ КОМПОЗИТОВ»

УГЛЕРОДНЫЕ НАНОСТРУКТУРЫ

CA RB O N NA N OSTR UCTU RES

Наносистемы: синтез, свойства, применение

Nanosystems: synthesis, properties, and application

УДК 541.16'67+546.3-14

СИНТЕЗ УГЛЕРОДНЫХ НАНОВОЛОКОН НА КЛАСТЕРАХ ПЛАТИНЫ И ИССЛЕДОВАНИЕ КАТАЛИТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

ПОЛУЧЕННЫХ КОМПОЗИТОВ

А.А.Володин, Е. В. Герасимова, Л. А. Фролова, Ю. А. Добровольский, Б. П. Тарасов ^

Member of the International Editorial Board

Институт проблем химической физики РАН пр. Академика Семенова, 1, г. Черноголовка, 142432, Россия Тел./факс: (496) 5221743; e-mail: btarasov@icp.ac.ru

Carbon nano-fibers based on Pt/MgO catalysts were synthesized by different methods. It was demonstrated, that co-precipitation tends to be the most effective method of preparation of Pt catalyst. Catalytical activity of the resulting materials was studied by cyclic voltamperometry method. It was demonstrated that the resulting Pt/CNF composites feature the high catalytic activity. The prospects of implementing the above materials as electric catalysts in ethanol fuel elements are given consideration to.

Введение

В настоящее время в низкотемпературных топливных элементах в качестве катализатора химических процессов широко используется платина, нанесенная на различные углеродные носители, основным из которых является углеродная сажа [1-3]. Однако, такие материалы, как углеродные нановолокна (УНВ) и нанот-рубки, обладают хорошей электропроводностью, высокой удельной поверхностью и механохими-ческими свойствами применительно к композитным, электродным материалам и подложкам. В связи с этим наноструктурированный углерод может вполне успешно выступать в качестве носителя кластеров Pt с высокой и равномерной дисперсностью, а благодаря своей протяженной структуре может также способствовать увеличению электронной проводимости в каталитическом слое [4]. Известно, что Pt может также выступать и как катализатор синтеза углеродных наноструктур (УНС) [5]. Анализ литературы показывает, что на процессы формирования

и роста углеродных нановолокон и нанотрубок оказывает влияние множество факторов [6]. Одним из таких факторов является способ приготовления и подготовки катализатора. Обычно для синтеза УНС используют катализаторы, закрепленные на носителях, которые получают химическими методами импрегнирования (пропитки) [7], осаждения или соосаждения [8].

В данной работе мы постарались оценить эти методы применительно к Pt как катализатору синтеза углеродных нановолокон и затем исследовать каталитическую активность полученных УНВ/Pt композитов в жидкостной трех-электродной электрохимической ячейке методом циклической вольтамперометрии.

Методика эксперимента

Платиновые катализаторы были приготовлены с использованием трех методов - осаждения, импрегнирования и соосаждения.

1. Метод осаждения. К водной суспензии М^О при непрерывном перемешивании из капельной воронки добавляли водный раствор

Статья поступила в редакцию 27.11.2007 г. Ред. per. № 176. The article has entered in publishing office 27.11.2007. Ed. reg. No. 176.

H2PtCle-6H2O. После этого взвесь нагрели до кипения и медленно прилили избыток 10%-ного раствора формиата натрия. Реакционную смесь выдерживали 1 ч при кипении, после чего фильтровали через стеклянный фильтр. Осадок промывали на фильтре бидистиллированной водой до нейтральной среды. Отфильтрованный осадок сушили при 110 °C. Расчетное содержание платины на MgO составляло 5 масс. %.

2. Метод импрегнирования. Катализатор был приготовлен непосредственно перед синтезом в лодочке, которую затем поместили в реактор. К расчетному количеству горячего водного раствора (NH4)2PtCl6 добавили навеску MgO. Полученную смесь при постоянном перемешивании высушивали на воздухе при 110 °C. После чего лодочку поместили в реактор, который затем нагревали в токе водорода до 700 °C и выдерживали в течение часа. Расчетное содержание платины на MgO составляло 5 масс. %.

3. Метод соосаждения. Катализатор готовился, как и в предыдущем случае, непосредственно перед синтезом. В кварцевой лодочке смешали водные растворы Mg(NO3)2 и H2PtCl6. Полученную смесь при постоянном перемешивании выпаривали и затем прокаливали до полного удаления NO2. Прокаленный образец дополнительно прогревали в токе водорода при 700 °C в течение часа. Расчетное содержание платины на MgO составляло 5 масс. %.

Синтез углеродных нановолокон

Синтез углеродных нановолокон проводили в кварцевом проточном реакторе на установке пиролизного синтеза горизонтального типа при атмосферном давлении и температуре 700 °C в течение часа. Кварцевую лодочку помещали в центр реактора. Перед напуском газов реактор вакууми-ровали до остаточного давления 10-3 Торр и заполняли водородом. Процедуру повторяли 2-3 раза, что позволяло исключить попадание нежелательных газообразных примесей в реактор. Нагрев реактора осуществлялся в протоке водорода. По достижении рабочей температуры в реактор подавали смесь газов в соотношении C2H4:H2:Ar = 1,5:3:1. Состав газовой фазы варьировали путем изменения объемных скоростей газовых потоков.

Продукты пиролиза предварительно очищали от носителя путем обработки концентрированной соляной кислотой в ультразвуковой ванне при 70 °C в течение 3 ч с последующей промывкой до нейтральной среды и сушкой на воздухе при 150 °С в течение 6 ч.

Методы анализа

Полученные в работе материалы были исследованы с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) с использованием электронных микроскопов ЭМВ-100Б и JEOL

^М-100 СХ. Термогравиаметрический и дифференциальный термический анализ (ТГА и ДТА) проводили на термоанализаторе NETZSCH ЯТЛ-409 Ьихх. Рентгенофазовый анализ (РФА) осуществляли с помощью дифрактометра ДРОН-1 с использованием СиКа-излучения.

Измерение каталитической активности

Каталитическую активность образцов измеряли в жидкостной трехэлектродной электрохимической ячейке методом циклической вольт-амперометрии. Электрохимические измерения проводили в интервале потенциалов 0-1600 мВ относительно обратимого водородного электрода со скоростью развертки 10 мВ/с. В ходе измерения снимали от 3 до 20 циклов развертки до установления постоянного внешнего вида вольтамперограммы.

В качестве рабочего электрода применяли дисковый электрод из стеклоуглерода с нанесенным на его поверхность исследуемым образцом УНВ. Видимая рабочая поверхность электрода составляла 0,2 см2. Электродом сравнения служил платиноводородный электрод, вспомогательным — пластинка из платинированной платины. Фоновый электролит — 0,1 М раствор серной кислоты. Для оценки каталитической активности исследуемых материалов в процессе электроокисления спиртов использовали раствор, содержащий 0,1 М Н2Я04 и 1 М С2Н5ОН. Перед каждым измерением раствор деаэрировали аргоном в течение 40 мин.

При подготовке рабочего электрода брали навески образцов массой 6 мг и диспергировали в ультразвуковой ванне в течение 30 мин в 1 мл водно-ацетоновой смеси (1:1). Затем на рабочий электрод с помощью дозатора наносили 20 мкл полученной суспензии и сушили при комнатной температуре на воздухе. Загрузка исследуемого образца составляла 0,6 мг/см2. Полученный таким образом ультратонкий слой катализатора фиксировали на поверхности электрода путем нанесения 115 мкл 5%-ного раствора Nafion (толщина сухого слоя порядка 0,2 мкм).

Результаты и обсуждение

Зависимость выхода массы сажи от способа приготовления катализатора представлена на рис. 1.

Как видно из рис. 1, больше всего сажи образовалось при пиролизе этилена на катализаторе, полученном с использованием метода соосаждения. При получении Р'Ъ-катализатора методом осаждения некоторая часть платины могла образоваться в растворе, а не на поверхности Mg0, что и могло привести к столь низкому выходу углеродных продуктов.

По данным просвечивающей электронной микроскопии на катализаторе Pt/Mg0, приготовленном методом осаждения, в ходе пиролиза

50

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology №9 (53) 2007

© 2007 Scientific Technical Centre «TATA»

IotJ

Рис. 1. Зависимость выхода сажи от способа приготовления катализатора

Fig. 1. Soot yield vs catalyst preparation method

образовались углеродные волокна с широким распределением по диаметрам — от 10 до 50 нм (рис. 2). У всех волокон вдоль оси роста наблюдаются каналы диаметром 5-10 нм. На концах многих волокон видны металлические частицы Pt-катализатора. Размеры частиц Pt, как правило, совпадают с размерами диаметров волокон. Кроме нановолокон в продуктах пиролиза наблюдаются крупные плотные частицы, покрытые снаружи углеродной оболочкой. Диаметр таких частиц составляет в среднем 20-50 нм, а в ряде случаев достигает 100 нм. Толщина углеродной оболочки может достигать 20 нм. Судя по размерам и количеству этих частиц, можно сделать предположение, что они являются за-капсулированными остатками MgO, которые не удалились при очистке из-за наличия углеродной оболочки.

После окисления образца на воздухе содержание остатка составило 53 масс. %. Удельная поверхность полученных в ходе пиролиза нано-волокон 110м2/г.

Несколько иная картина наблюдалась при использовании катализатора Pt/MgO, полученного методом импрегнирования (рис. 3). В ходе пиролиза образовались волокна с диаметрами 10-40 нм. Каталитические частицы Pt расположены преимущественно на концах волокон. Размеры этих частиц, как и в предыдущем случае, в большинстве совпадают с диаметрами волокон. Закапсулированных частиц значительно меньше. Также меньше и диаметры этих частиц, которые составляют в среднем 40 нм.

Рис. 3. Микрофотография продуктов пиролиза, полученных на катализаторе Pt/MgO, приготовленном методом импрегнирования

Fig. 3. TEM image of pyrolysis products obtained using Pt/MgO catalyst prepared by impregnation method

Согласно данным рентгенофазового анализа, в продуктах пиролиза, полученных при использовании катализатора Pt/MgO, приготовленного методом импрегнирования, после очистки в HCl фазу MgO обнаружить не удалось (рис. 4).

По данным окислительной термогравиамет-рии очищенных нановолокон, полученных на катализаторе Pt/MgO, приготовленном методом импрегнирования, содержание остатка после окисления на воздухе до 1000 °C составило

Рис. 2. Микрофотография продуктов пиролиза, полученных на катализаторе Pt/MgO, приготовленном методом осаждения

Fig. 2. TEM image of pyrolysis products obtained using Pt/MgO catalyst prepared by decomposition method

Рис. 4. Дифрактограмма продуктов пиролиза, полученных на катализаторе Pt/MgO, приготовленном методом импрегнирования

Fig. 4. XDR pattern of pyrolysis products obtained using Pt/MgO catalyst prepared by impregnation method

24 масс. %, что совпадает с данными элементного анализа (рис. 5). На кривой изменения веса виден излом, который может отвечать окислению закапсулированных частиц. На кривой ДСК можно выделить два пика, отвечающих за окисление фракций УНВ и графитизированных частиц. Удельная поверхность полученных в ходе пиролиза нановолокон составила 210м2/г.

200 300 400 500 600 700 800 900

Температура, °С

Рис. 5. Дериватограмма продуктов пиролиза, полученных на катализаторе Pt/MgO, приготовленном методом импрегнирования

Fig. 5. Thermal analysis data of the pyrolysis products obtained using Pt/MgO catalyst prepared by impregnation method

При использовании в качестве катализатора пиролиза Pt/MgO, приготовленного методом соосаждения, после пиролиза и очистки в HCl закапсулированных частиц в полученном продукте не наблюдалось (рис. 6). Диаметр углеродных нановолокон, как и в предыдущем случае, составляет 10-40 нм. На концах многих волокон видны каталитические частицы Pt, диаметры которых в большинстве совпадают с диаметрами самих волокон.

На дифрактограмме продуктов пиролиза фазу MgO обнаружить также не удалось (рис. 7).

Рис. 7. Дифрактограмма продуктов пиролиза, полученных на катализаторе Pt/MgO, приготовленном методом соосаждения

Fig. 7. XDR pattern of pyrolysis products obtained using Pt/MgO catalyst prepared by co-decomposition method

Содержание остатка после окисления на воздухе до 1000 °C, согласно данным окислительной тер-могравиаметрии, составило 12 масс. %, что совпадает с данными элементного анализа (рис. 8). На кривой изменения веса также виден излом, отвечающий началу окисления закапсулирован-ных частиц. Но на кривой ДСК второй пик, отвечающий за окисление графитизированных частиц, выражен менее четко. Удельная поверхность полученных в ходе пиролиза нановоло-кон составила 230м2/г.

Анализируя полученные экспериментальные данные, можно сказать, что наиболее эффективным методом приготовления Pt-катализато-ра для синтеза углеродных нановолокон является метод соосаждения. В таблице представлены характеристики нановолокон, полученных на катализаторах, приготовленных методами 1-3. Преимущество метода соосаждения для приготовления Pt/MgO перед другими методами мож-

Рис. 6. Микрофотография продуктов пиролиза, полученных на катализаторе Pt/MgO, приготовленном методом соосаждения

Fig. 6. TEM image of the pyrolysis products obtained using Pt/MgO catalyst prepared by co-decomposition method

Рис. 8. Дериватограмма продуктов пиролиза, полученных на катализаторе Pt/MgO, приготовленном методом соосаждения

Fig. 8. Thermal analysis data of the pyrolysis products obtained using Pt/MgO catalyst prepared by co-decomposition method

52

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology №9 (53) 2007

© 2007 Scientific Technical Centre «TATA»

loTj

Характеристики углеродных нановолокон, полученных на Pt/MgO

№ образца

Масса, г Диаметр, нм Sy® м2/г

1 0,108 10-50 110

2 0,248 10-40 210

3 0,594 10-40 230

но объяснить тем, что в результате соосажде-ния формируются каталитические частицы, которые более глубоко проникают в объем MgO. В ходе роста УНВ из-за пресыщения образовавшимся углеродом частицы носителя могут разрываться, что приводит к уменьшению закап-сулированных частиц и увеличению выхода целевого продукта.

Для исследования каталитической активности УНВ/Pt были взяты образцы № 2 и № 3. На рис. 9, 10 приведены циклические вольтампе-рограммы (ЦВА) электродов с исследуемыми катализаторами в фоновом электролите и с добавлением С2Н5ОН (1 М), на рис. 10 для сравнения представлена вольтамперограмма, полученная на платиновом электроде в фоновом электролите.

Известно, что на платине в фоновом электролите при прохождении циклической вольтам-перной кривой к анодным потенциалам в интервале 0-0,4 В (рис.9) происходит окисление водорода, адсорбированного на поверхности Pt. Кривая в области десорбции атомарного водорода имеет два четких пика, их относят к двум механизмам десорбции водорода или к сильно и слабо связанным формам Надс. При дальнейшем увеличении потенциала поверхность Pt освобождается от продуктов электролиза воды и до на-

1000 1250

Напряжение. мВ

Рис. 9. Циклические вольтамперограммы электрода с нанесенным катализатором УНВ/Pt (№ 2) в фоновом электролите — H2SO4 (0,1М) и C2H5OH (1 M). Скорость развертки потенциала 10 мВ/с, электрод сравнения — водородный

Fig. 9. Cyclic volt-ampere curves of an electrode with the deposited catalyst Pt/CNF (No. 2) in the background electrolyte H2SO4 (0,1М) and C2H5OH (1M). The potential scan rate is 10 мВ/с, reference electrode — the hydrogen one

Напряжение, мВ

Рис. 10. Циклические вольтамперограммы электрода с нанесенным катализатором УНВ/Pt (№ 3) в фоновом электролите — H2SO4 (0,1 М) и с добавлением C2H5OH (1 M). Для сравнения приведена ЦВА кривая для платинового электрода в фоновом электролите. Скорость развертки потенциала 10 мВ/с, электрод сравнения — водородный

Fig. 10. Cyclic volt-ampere curves of an electrode with the deposited catalyst Pt/CNF (No.3) in the background electrolyte H2SO4 (0,1 M) and with added C2H5OH (1 M). For the reference the CVA curve is given for Pt electrode in the background electrolyte. The potential scan rate is 10mV/s, reference electrode — the hydrogen one

пряжения примерно 0,8-0,85 В происходит только заряжение двойного слоя. При потенциалах >0,85 В на платине адсорбируется атомарный кислород, и начинается образование оксида [9]. До настоящего времени не существует единого мнения о природе частиц, образующихся при «окислении» поверхности Pt [9-13]. Чаще всего речь идет как минимум о двух формах хемосорбированного кислорода, более и менее прочно связанного с платиной. Например, согласно [9], по мере повышения потенциала >1,15 В из-за увеличения степени покрытия платины кислородом между Оадс начинают проявляться сильные поперечные взаимодействия. Вследствие этого Оадс начинает обмениваться местами с поверхностными атомами платины, что приводит к образованию поверхностного оксида PtO. При этом происходит окончательный перенос заряда от Pt к Оадс, приводящий к квазитрехмерной решетке. Вблизи ~1,6 В начинается интенсивное окисление воды с выделением молекулярного кислорода. При прохождении обратной катодной ветви атомарный кислород восстанавливается при перенапряжении в несколько сотен милливольт, большей частью в области двойного слоя. Электровосстановление оксидов происходит через образование промежуточных форм Pt-OH [10]. В целом, этот процесс является необратимым, о чем свидетельствует существенный гистерезис на кривых заряжения в области посадки-снятия °адс.

Для исследуемых в работе катализаторов на фоновых кривых пики, относящиеся к ад-

сорбции и десорбции водорода и кислорода, характерные для Р'Ъ, слабо выражены, что может быть связано с относительно невысоким содержанием платины в исследуемых образцах (рис. 9, 10). Так, пики, относящиеся к адсорбции кислорода, становятся выраженными только в области >1,2 В. На вольтамперограммах обоих катализаторов преобладают эффекты, относящиеся к циклической кривой чистого носителя. Можно различить два пика в области ~0,65 В на анодной кривой и при 0,6 В — при обратном ходе по катодной ветви, относящихся, по данным [14], к окислению и восстановлению хи-ноидных и гидрохиноидных групп на углеродных нановолокнах. Судя по характеру и расположению этих пиков, соответствующий им процесс носит обратимый характер.

На циклических вольтамперограммах, относящихся к окислению этанола в водородной области, для обоих катализаторов отсутствует область посадки-снятия Надс, что связано как с относительно невысоким содержанием Pt на носителе, так и с блокировкой поверхности электрода продуктами прочной хемосорбции этанола.

При анодном направлении изменения напряжения для катализаторов УНВ/Pt № 2 (№ 3) наблюдаются два токовых пика, расположенные при потенциалах ~1,05 (~0,95) В и в области между ~1,3—1,5 (~1,2—1,4) В, соответственно. По данным [9], вблизи этих напряжений, как уже упоминалось, образуются два сорта хемосорбиро-ванного кислорода. Около потенциала 0,8-0,85 В образуется первый слой Р^О, который при напряжении примерно 1,2 В превращается в более прочно связанный слой Р^О*. В области первого токового пика образовавшееся на поверхности платины О-покрытие частично восстанавливается адсорбированными на поверхности органическими веществами — продуктами хемосорбции этанола на частицах платины. Спад скорости реакции окисления может объясняться упрочнением связи О-группы с ростом потенциала. Вместе с тем, при возрастании покрытия О-группа-ми происходит уменьшение покрытия адсорбированным этанолом. Повторное возрастание тока и второй максимум могут объясняться восстановлением топливом Р^О* покрытия. В области потенциалов >1,5 В связь Р^О* становится настолько прочной, что процесс окисления продуктов хемосорбции этанола уже невозможен. Ток уменьшается, а затем — увеличивается в результате выделения кислорода. По мере увеличения потенциала заполнение поверхности адсорбированным кислородом возрастает, и токи окисления С2Н5ОН уменьшаются. На обратном, катодном, ходе также наблюдается пик, причем ток окисления возрастает по мере освобождения поверхности от О .

При анализе каталитической активности исследуемых композитов в процессе электроокисления этанола для УНВ/Pt (№ 3) наблюдалась более высокая плотность тока окисления этанола, характеризующая каталитическую активность катализатора в этой реакции (рис.11). Так, токи, соответствующие пикам электроокисления спирта на УНВ/Pt (№ 3), оказались примерно в 1,5 раза выше, чем на УНВ/Pt (№ 2). Сопоставление плотностей тока для УНВ/Pt (№ 3) с соответствующими величинами для стандартного катализатора Е-ТЕК, в пересчете на содержание Pt в образцах, показало каталитическую активность первого, сравнимую с коммерческим катализатором.

Напряжение, мВ

Рис. 11. Циклические вольтамперограммы для УНВ/Pt (№2 и № 3) в растворе H2SO4 (0,1 М) и C2H5OH (1M). Для сравнения приведена циклическая кривая для стандартного катализатора E-TEK (20 % Pt). Скорость развертки потенциала 10 мВ/с, электрод сравнения — водородный Fig. 11. Cyclic volt-ampere curves for Pt/CNF (No. 2, 3) in the solution of H2SO4 (0,1 М) added with C,fl5OH (1 M). The CVA curve for the standard E-TEK catalyst (20% Pt) is given for reference purposes. The potential scan rate is 10 mV/s, reference electrode — the hydrogen electrode

Кроме того, при сравнении активности катализаторов важно учитывать степень перенапряжения процесса электроокисления на электроде, такую оценку можно провести по положению пиков окисления этанола. Так, для УНВ/Pt (№ 3) токовые пики расположены при меньших значениях потенциалов по сравнению с электродами УНВ/Pt (№ 2). Для последнего смещение пиков в анодную сторону составило ~100 мВ, что может говорить о более медленной кинетике процессов окисления по сравнению с УНВ/Pt (№ 3). Перенапряжение реакции для УНВ/Pt (№ 3) и E-TEK практически совпадают (рис. 11).

Таким образом, проведенное исследование каталитической активности образцов показало, что образцы УНВ/Pt (№ 2) и УНВ/Pt (№ 3) обладают высокой каталитической активностью (в пересчете на содержание Pt в образцах), лучшие характеристики получены на УНВ/Pt (№ 3).

54

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology №9 (53) 2007

© 2007 Scientific Technical Centre «TATA»

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

IotJ

Заключение

Наиболее эффективным методом приготовления Pt-катализатора для синтеза углеродных нановолокон является метод соосаждения. Полученные УНВ/Pt композиты обладают высокой каталитической активностью. Результаты проведенных экспериментов позволяют говорить о потенциальной возможности использования данных материалов в качестве электрокатализаторов в этанольных топливных элементах. Также можно добиться лучших результатов путем дополнительного нанесения кластеров Pt на углеродные нановолокна.

Работа выполнена при поддержке Программы Президиума РАН «Поддержка молодых ученых» и программы Фонда содействия развитию МП НТС «УМНИК».

Список литературы

1. O'Hayre R., Lee S. J., Cha S. W., Prinz F. B. A sharp peak in the performance of sputtered platinum fuel cells at ultra-low platinum loading // J. of Power Sources. 2002. Vol. 109. P. 483-493.

2.Багоцкий В. С., Осетрова Н. В., Скун-дин А. М. Топливные элементы. Современное состояние и основные научно-технические проблемы // Электрохимия. 2003. Т. 39, № 10. С. 10271045.

3. Коровин Н. В. Топливные элементы и электрохимические энергоустановки: состояние развития и проблемы // Альтернативная энергетика и экология. 2004. № 10. С. 8-14.

4. Герасимова Е. В., Володин А. А., Архангельский И. В., Добровольский Ю. А., Тарасов Б.П. Платина-наноуглеродные электрокатализаторы для водородно-воздушных топливных элементов // Альтернативная энергетика и экология. 2007. № 7. С. 89-93.

5. Kohno M., Orii T., Hirasawa M., Seto T., Murakami Y., Chiashi S., Miyauchi Y., MaruyamaS. Growth of single-walled carbon nanotubes from

size-selected catalytic metal particles // Appl. Phys. A. 2004. Vol. 79. P. 787-790.

6. Раков Э. Г. Получение тонких углеродных нанотрубок каталитическим пиролизом на носителе // Успехи химии. 2007. Т. 76, № 1. С. 3-26.

7. Unalan H. E., Chhowalla M. Investigation of single-walled carbon nanotube growth parameters using alcohol catalytic chemical vapor deposition // Nanotechnology. 2005. Vol. 16. P. 2153-2163.

8. Yan H., Li Q., Zhang J., Liu Z. Possible tactics to improve the growth of single-walled carbon nanotubes by chemical vapor deposition // Carbon. 2002. Vol. 40. P. 2693-2698.

9. Jerkiewicz G., Vatankhah G., Lessard J., Soriaga M. P., Park Y.-S. Surface-oxide growth at platinum electrodes in aqueous H2SO4. Re-examination of its mechanism through combined cyclic-voltammetry, electrochemical quartz-crystal nanobalance, and Auger electron spectroscopy measurements // Electrochimica Acta. 2004. Vol. 49. P. 1451-1459.

10. Соболь В. В., Подловченко Б. И. О кинетике электрохимического восстановления поверхностных окислов платины // Электрохимия. 1967. Т. 3. С. 1131-1135.

11. Harrington D.A. Simulation of anodic Pt oxide growth // J. of Electroanal. Chem. 1997. Vol. 420. P. 101-109.

12. Conway B. E. Electrochemical oxide film formation at noble metals as a surface-chemical process // Progr. Surf. Sci. 1995. Vol. 49. P. 331-452.

13. Drazic D. M., Tripcovic A. V., Popo-vic K. D., Lovic J. D. Kinetic and mechanistic study of hydroxyl ion electrosorption at the Pt(111) surface in alkaline media // J. of Electroanal. Chem. 1999. Vol. 466. P. 155-164.

14. Li X., Hsing I.-M. The effect of the Pt deposition method and the support on Pt dispersion on carbon nanotubes // Electrochimica Acta. 2006. Vol. 51. P. 5250-5258.

2ND SYMPOSIUM HYDROGEN & ENERGY

January 21- 25, 2008 Alpenblick Braunwald, Switzerland

Subjects

• Hydrogen production

• Hydrogen storage

• Fuel Cells

• Applications

• Mobility

Organized by

Empa - Materials Sciences & Technology

Department Environment,

Energy and Mobility

Laboratory for Hydrogen & Energy

Überlandstrasse 129, CH-8600 Dübendorf

Phone +41 44 823 4692, 4038 Fax +41 44 823 4022 E-mail h2e@empa.ch www.empa.ch/h2e

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.