Катализаторы типа ядро – оболочка Pt-Ru/Ni, Pt-Ru/Pb и Pt-Ru/Cu на подложке из углеродных нанотрубок для окисления метанола в топливных элементах

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).

Исследованы катализаторы типа ядро – оболочка, полученные гальваническим вытеснением неблагородных металлов Pb, Ni или Cu платиновыми металлами Pt-Ru. Изучен поверхностный состав катализаторов методом рентгеновской дисперсионной спектроскопии. Количество платины в составе каталитического слоя определено методом атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой. Каталитическая активность полученных катализаторов изучена на примере окисления метанола. Стационарные токи окисления метанола, отнесённые к электрохимически активной поверхности, определённой по адсорбции водорода, сравнивались с токами окисления метанола на электроосаждённых Pt-Ru. Для всех изученных каталитических систем наблюдался каталитический эффект, что, скорее всего, связано с реализацией структуры ядро–оболочка.

Авторы:

Михайлова Алла Александровна, Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН, 119071, г. Москва, Ленинский пр-т, 31, amikh40@mail.ru

Жилов Валерий Иванович, Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН, 119071, г. Москва, Ленинский пр-т, 31, zhilov@igic.ras.ru

Алиев Али Джавадович, Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН, 119071, г. Москва, Ленинский пр-т, 31, aliev@mail.ru

Хазова Ольга Алексеевна, Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН, 119071, г. Москва, Ленинский пр-т, 31, okhazova@mail.ru

Ключевые слова:

катализаторы типа ядро – оболочка, свинец, никель, медь, платина-рутений, метанол, электрокатализ

Литература

1. Brankovic S. R., Wang J. X., Adzic R. R. Metal monolayer deposition by replacement of metal adlayers on electrode surfaces // Surface Science. 2001. Vol. 474. P. L173–L179.
2. Sasaki K., Mo Y., Wang J. X., Balasubramanian M., Uribe F., McBreen J., Adzic R. R. Pt submonolayers on metal nanoparticles—novel electrocatalysts for H₂ oxidation and O₂ reduction // Electrochim. Acta. 2003. Vol. 48. P. 3841–3849.
3. Zang J., Mo Y., Vukmirovic M. B., Klie R., Sasaki K., Adzic R. R. Platinum Monolayer Electrocatalysts for O₂ Reduction: Pt Monolayer on Pd(111) and on Carbon-Supported Pd Nanoparticles // J. Phys. Chem. B. 2004. Vol. 108. P. 10955–10964.
4. Vukmirovic M. B., Zhang J., Sasaki K., Nilekar A. U., Uribe F., Mavrikakis M., Adzic R. R. Platinum monolayer electrocatalysts for oxygen reduction // Electrochim. Acta. 2007. Vol. 52. P. 2257–2263.
5. Sasaki K., Wang J. X., Naohara H., Marinkovic N., More K., Inada H., Adzic R. R. Recent advances in platinum monolayer electrocatalysts for oxygen reduction reaction: Scale-up synthesis, structure and activity of Pt shells on Pd cores // Eleсtrochim. Acta. 2010. Vol. 55. P. 2645–2652.
6. Mayorova N. A., Zigalina O. M., Zigalina V. M., Khazova O. A. // Pt/Pd/C catalysts with ultra low platinum content for oxygen reduction reaction. Russian Journal of Electrochemistry. 2014, Vol. 40, № 3. P. 223–230.
7. Mavrikakis M., Hammer B., Norskov J. K. Effect of Strain on the Reactivity of Metal Surfaces // Physical Review Letters. 1998. Vol. 81. P. 2819–2822.
8. Ruban A., Hammer B., Stoltze P., Skriver H. L., Norskov J. K. Surface electronic structure and reactivity of transition and noble metals // J. Mol. Catal. A: Chem. 1997. Vol. 115. P. 421–429.
9. Kitchin J. R., Norskov J. K., Barteau M. A., Chen J. G. // J. Chem. Phys. 2004. Vol. 120, № 21. P. 10240–10246.
10. Norskov J. K., Rossmeisi J., Logadottir A., Lindqvist L., Kitchin J. R., Bligaard T., Jonsson H. Origin of the Overpotential for Oxygen Reduction at a Fuel-Cell Cathode // J. Phys. Chem. B. 2004. Vol. 108. P. 17886–17892.
11. Hammer B., Norskov J. K. Theoretical surface science and catalysis—calculations and concepts // Adv. Catal. 2000. Vol. 45. P. 71–129.
12. Christoffersen E., Liu P., Ruban A., Skiver H. L., Norskov J. K. Anode Materials for Low-Temperature Fuel Cells: A Density Functional Theory Study // J. Catal. 2001. Vol. 199. P. 123–131.
13. Van Brussel M., Kokkinidis G., Vandendael I., Buess-Herman C. High performance gold-supported platinum electrocatalyst for oxygen reduction // Electrochem. Commun. 2002. Vol. 4. P. 808–813.
14. Van Brussel M., Kokkinidis G., Hubin A., Buess-Herman C. Oxygen reduction at platinum modified gold electrodes // Electrochim. Acta. 2003. Vol. 48. P. 3909–3919.
15. Tegou A., Papadimitriou S., Armyanov S., Valova E., Kokkinidis G., Sotiropoulos S. Oxygen reduction at platinum- and gold-coated iron, cobalt, nickel and lead deposits on glassy carbon substrates // J. Electroanal. Chem. 2008. Vol. 623. P. 187–196.
16. Papadimitriou S., Tegou A., Pavlidou E., Kokkinidis G., Sotiropoulos S. Methanol oxidation at platinized lead coatings prepared by a two-step electrodeposition–electroless deposition process on glassy carbon and platinum substrates // Electrochim. Acta. 2007. Vol. 52. P. 6254–6260.
17. Podlovchenko B. I., Gladysheva T. D., Filatov A. Yu., Yashina L. V. The use of galvanic displacement in synthesizing Pt(Cu) catalysts with the core-shell structure // Russian J. of Electrochemistry. 2010. Vol. 46, № 10. P. 11189–1197.
18. Podlovchenko B. I., Zhutaev U. E., Maksimov Yu. M. Galvanic displacement of copper adatoms on platinum in PtCl₄^2- solutions // J. Electroanal. Chem. 2011. Vol. 651. P. 30–37.
19. Podlovchenko B. I., Gladysheva T. D., Filatov A. Yu., Yashina L. V. Peculiarities of the Pt(Cu)/C catalyst formation by galvanic displacement of copper in H₂PtCl₄ solutions. // Russian Journal of Electrochemistry. 2012. Vol. 48, № 2. P. 173–180.
20. Mayorova N. A., Tusseeva E. K., Sosenkin V. E., Rychagov A.Yu., Volfkovich Yu.M., Krestinin A. V., Zvereva G. I., Zigalina O. M., Khazova O. A. Effect of the functionalizing of carbon nanotubes on the electrodeposited catalysts’ structure and catalytic properties. // Russian J. of Electrochemistry. 2009. Vol. 45, P. 1089–1097.

Журнал:

2014. Т. 14, № 2,

Рубрика:

Топливные элементы

DOI:

https://doi.org/10.18500/1608-4039-2014-14-2-85-92

Текст в формате PDF:

скачать

(downloads: 43)