Ученые повысили активность катализаторов для водородных топливных элементов
Новый способ повышения активности катализаторов для водородо-воздушных топливных элементов разработали ученые Южного федерального университета (ЮФУ), 7 июля сообщает пресс-служба вуза.
Химики ЮФУ провели исследование с целью создания наноструктурных биметаллических катализаторов, которые бы значительно превосходили по активности в реакции электровосстановления кислорода (РВК) платиноуглеродные аналоги), которые в настоящее время являются одними из важнейших компонентов топливных элементов с протонообменной мембранной.
Ведущий научный сотрудник лаборатории «Наноструктурные материалы для электрохимической энергетики» Химического факультета ЮФУ Сергей Беленов пояснил:
«Снижение содержания дорогостоящей платины в катализаторах, повышение их активности в реакции электровосстановления кислорода — это ключевые проблемы, решение которых необходимо для широкого использования топливных элементов с протонообменной мембраной в самых разнообразных устройствах. Одним из путей улучшения функциональных характеристик катализаторов является легирование платины менее благородным металлами, такими как никель, кобальт, медь».
Особенностью биметаллических катализаторов, содержащих d-металл (находится в d-блоке периодической таблице элементов), является недостаточная термодинамическая стабильность легирующего компонента из-за чего происходит его частичное растворение в процессе работы топливного элемента.
«Наиболее интенсивное растворение легирующего компонента, как правило, происходит на стадии первичной электрохимической активации катализаторов. В опубликованной нами работе показано, как стадия активации влияет на структурно-морфологические характеристики и активность биметаллических катализаторов. Изменяя диапазон потенциалов на стадии активации электродов возможно существенно (более чем в два раза) повысить активность катализаторов в реакции восстановления кислорода», — уточнила младший научный сотрудник той же лаборатории Ангелина Павлец.
Исследователи отметили, что в отличие от ранее проведенных исследований, они остановили свой выбор на изучении особенностей электрохимической активации реальных электрокатализаторов, содержащих малоразмерные (3–5 нм) биметаллические наночастицы.
Также ими был разработан новый метод оценки изменения каталитической активности биметаллических материалов электрохимическим методом, который позволил зафиксировать условия критического изменения микроструктуры катализаторов.
«Большинство исследователей пытается улучшить характеристики электрокатализаторов, оптимизируя состав и архитектуру биметаллических наночастиц. Мы же, возможно впервые, показали, что правильный выбор условий предварительной активации позволяет почти в 2 раза повысить активность одних и тех же катализаторов», — рассказал главный научный сотрудник Владимир Гутерман.
Он отметил, что они провели фундаментальное по своей сути исследование, которое позволяет по-новому посмотреть на пути решения некоторых прикладных вопросов
Результаты исследования ученые обнародовали в статье «Режим электрохимической активации как способ достижения исключительных характеристик РВК наноструктурированных материалов PtCu/C», опубликованной в журнале Applied Surface Science.
