CATALYSIS
Статья поступила в редакцию 27.09.10. Ред. рег. № 886 The article has entered in publishing office 27.09.10. Ed. reg. No. 886
УДК 544.473-039.63; 544.653.2
СИНТЕЗ И КАТАЛИТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ КАТАЛИЗАТОРОВ PtPdRu/C ДЛЯ АНОДОВ ПРЯМЫХ МЕТАНОЛЬНЫХ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
И.М. Кривобоков, Е.Н. Грибов, А.Г. Окунев, П.А. Симонов, С.В. Черепанова, А.В. Романенко, А.Н. Симонов, В.Н. Пармон
Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН 630090 Новосибирск, пр. Лаврентьева, д. 5 Тел.: (383) 3269507; факс: (383) 3304719; e-mail: san@catalysis.ru
Заключение совета рецензентов: 17.10.10 Заключение совета экспертов: 27.10.10 Принято к публикации: 31.10.10
Катализаторы 30%PdPtRu/C и 30%Pt1Ru1/C синтезированы путем формирования и последующей адсорбции на поверхности мезопористого носителя Сибунит (АБЭТ = 85 м2т-1) смешанных полиядерных гидроксокомплексов металлов. Методами РФА и ПЭМ показано, что катализаторы содержат высокодисперсные частицы с высокой степенью сплавления металлов. Исследование активности катализаторов на аноде прямого метанольного топливного элемента (ПМТЭ) показало, что частичная замена платины палладием приводит к незначительному снижению эффективности ПМТЭ. Удельная мощность ПМТЭ (75 °C, загрузка анодного катализатора 1,4 мг-см"2) составила 36, 39, 40 и 40 мВт-см"2 для катализаторов с составом активного компонента Pt1Pd1Ru2, Pt2Pd1Ru2, Pt2Pd0,5Ru2 и Pt1Ru1 соответственно.
Ключевые слова: палладий, платина, рутений, Сибунит, электроокисление метанола, прямой метанольный топливный элемент.
SYNTHESIS AND CATALYTIC ACTIVITY OF THE MULTIMETAL PtPdRu/C CATALYSTS FOR ANODES OF DIRECT METHANOL FUEL CELLS
I.M. Krivobokov, E.N. Gribov, A.G. Okunev, P.A. Simonov, S.V. Cherepanova, A.V. Romanenko, A.N. Simonov, V.N. Parmon
Boreskov Institute of Catalysis 5 Lavrentieva ave, Novosibirsk, 630090, Russia Tel.: (383) 3269507; fax: (383) 3304719; e-mail: san@catalysis.ru
Referred: 17.10.10 Expertise: 27.10.10 Accepted: 31.10.10
30%PdPtRu/C and 30%Pt1Ru1/C catalysts were synthesized via formation and subsequent adsorption on a mesoporous Sibunit support (4bet = 85 m2-g-1) of mixed hydroxo-complexes of corresponding metals. According to XRD and TEM, catalysts contain highly-dispersed and alloyed metal particles. Studies of the catalysts on the anode of direct methanol fuel cell (DMFC) showed that partial replacement of platinum by palladium results in minor losses of the anode performance. Power density of DMFC (75 °C,
1.4 mg-cm" anode catalyst loading) was determined to be 36, 39, 40 u 40 mW-cm"2 Pt2Pd0.5Ru2 and Pt1Ru1 composition of the active component, respectively.
for catalysts with the PtiPdiRu2, Pt2PdiRu2,
Keywords: palladium, platinum, ruthenium, Sibunit, methanol electrooxidation, direct methanol fuel cell.
Сведения об авторе: аспирант, младший научный сотрудник группы адсорбционно-катали-тических процессов для топливных элементов Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН. Образование: Новосибирский гос. университет (2003-2008 гг).
Область научных интересов: водородные и метанольные топливные элементы, протонпро-водящие мембраны, электрохимические методы исследования. Публикации: 3.
Иван Михайлович Кривобоков
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 10 (90) 2010
© Scientific Technical Centre «TATA», 2010
Сведения об авторе: канд. хим. наук, научный сотрудник группы адсорбционно-каталити-ческих процессов для топливных элементов Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН.
Образование: физ.-мат. школа-интернат им. М.А. Лаврентьева (1990-1992 гг.), Новосибирский гос. университет (1992-1998 гг.), аспирантура Туринского университета (Италия) (20002004 гг.). Стажировался в Политехническом университете г. Валенсия (Испания) (2004-2005 гг.). С 2005 г. - сотрудник ИК СО РАН.
Область научных интересов: топливные элементы, протонпроводящие мембраны, ИК-спектроскопия, электрохимические методы исследования.
Публикации: 19 статей и 1 обзор.
Евгений Николаевич Грибов
Алексей Григорьевич Окунев
> V/ Л
Павел Анатольевич Симонов
Светлана Витальевна Черепанова
t
Анатолий Владимирович Романенко
Сведения об авторе: канд. хим. наук, старший научный сотрудник, руководитель группы адсорбционно-каталитических процессов для топливных элементов Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН.
Образование: физ.-мат. школа-интернат им. М.А. Лаврентьева (1989-1990 гг.), Новосибирский гос. университет (1990-1996 гг.), с 1993 г. - сотрудник ИК СО РАН.
Область научных интересов: водородная энергетика, топливные элементы, химическая кинетика.
Публикации: 30 статей, 3 учебных пособия и 9 патентов.
Сведения об авторе: канд. хим. наук, старший научный сотрудник группы гетерогенных катализаторов на основе благородных металлов Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН.
Образование: физ.-мат. школа-интернат им. М.А. Лаврентьева (1976-1978 гг.), Новосибирский гос. университет (1978-1983 гг.), с 1983 г. - сотрудник ИК СО РАН.
Область научных интересов: химия пористых углеродных материалов, адсорбция соединений благородных металлов, синтез и изучение нанесенных металлических и металлоком-плексных катализаторов для тонкого органического синтеза и электрокатализа.
Публикации: 35 статей, 3 обзора и 7 патентов.
Сведения об авторе: канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник лаборатории структурных методов исследования Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН. Читает курс лекций для магистрантов ФФ НГУ «Теория рассеяния рентгеновских лучей».
Образование: физический факультет Новосибирского гос. университета (ФФ НГУ).
Область научных интересов: изучение катализаторов методом рентгеновской дифракции, рентгеноструктурный анализ, анализ микроструктуры, разработка программного обеспечения для исследования реальной структуры катализаторов, in situ рентгенография.
Публикации: 35 статей, программы для моделирования рассеяния рентгеновских лучей на одномерно (1D) разупорядоченных объектах и программы для моделирования рентгеновских дифракционных картин для объектов с произвольной структурой.
Сведения об авторе: д-р хим. наук, ведущий научный сотрудник, руководитель группы гетерогенных катализаторов на основе благородных металлов Института катализа им. Г. К. Боре-скова СО РАН. Является соразработчиком катализаторов для жидкофазных промышленных процессов гидрирования м-нитробензотрифторида, бензойной кислоты и о-нитрофенола, а также катализаторов глубокой очистки терефталевой кислоты от примесей п-карбоксибенз-альдегида и диспропорционирования канифоли.
Образование: факультет естественных наук Новосибирского гос. университета (1976 г.).
Область научных интересов: синтез и исследование углеродных материалов, изучение закономерностей формирования нанесенных на углеродные носители металлических катализаторов на основе благородных металлов, а также разработка электрокатализаторов для низкотемпературных топливных элементов.
Публикации: 68 научных публикаций, в том числе 14 патентов.
Александр Николаевич Симонов
га
Валентин Николаевич Пармон
Сведения об авторе: канд. хим. наук, научный сотрудник лаборатории каталитических методов преобразования солнечной энергии Института катализа им. Г.К. Борескова.
Образование: факультет естественных наук Новосибирского гос. университета.
Область научных интересов: создание и исследование новых катализаторов для анодов и катодов низкотемпературных топливных элементов, размерные и структурные эффекты в электрокатализе, влияние текстурных и субструктурных характеристик углеродных носителей на эффективность каталитических слоев низкотемпературных топливных элементов.
Публикации: 10 статей и 1 патент.
Сведения об авторе: академик РАН, профессор, директор Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН. Член Президиумов РАН, СО РАН и Российского химического общества им. Д.И. Менделеева, председатель Научного совета по катализу РАН. Титулярный член Международного союза чистой и прикладной химии (ГОРАС), российский национальный представитель в Европейской Федерации Каталитических обществ (БЕСАТБ).
Главный редактор и член редколлегий ряда отечественных и зарубежных специализированных журналов.
Награжден орденом «Знак Почета» (1999). Лауреат Государственной премии Российской Федерации в области науки и технологий за 2009 год.
Образование: Московский физико-технический институт и аспирантура МФТИ.
Область научных интересов: специалист в области катализа и фотокатализа, химической кинетики в конденсированных фазах, химической радиоспектроскопии, химических методов преобразования энергии, нетрадиционных и возобновляемых источников энергии.
Публикации: более 600 научных работ, в том числе 4 монографии и 35 обзоров.
Введение
Среди источников тока малой и средней мощности перспективной альтернативой широко применяемым аккумуляторным батареям в настоящее время являются прямые метанольные топливные элементы (ПМТЭ). Потенциал ПМТЭ был продемонстрирован на конкурсе портативных источников тока, инициированном в 2008 году министерством обороны США, где два различных образца ПМТЭ заняли 1 и 3 места из почти двухсот протестированных генераторов [1]. Качественные улучшения в синтезе электрокатализаторов окисления метанола и в технологии формирования каталитических слоев привели к тому, что удельная мощность ПМТЭ в расчете на единицу массы драгоценного металла увеличилась за последние десятилетия в десять раз и составляет в настоящее время ~10 Вт/г (металла) [2-4]. Высокая стоимость энергии, вырабатываемой ПМТЭ, препятствует их масштабной коммерциализации. В первую очередь она обусловлена значительными потерями напряжения из-за высокого сопротивления каталитических слоев на электродах ПМТЭ, замедленной кинетикой анодной и катодной реакций, а также недостаточной стабильностью мембранно-электродных блоков (МЭБ) [5]. Настоящая работа посвящена проблеме увеличения эффективности электроокисления метанола на аноде ПМТЭ. Наиболее эффективными катализаторами электроокисления метанола с точки
зрения активности и стабильности считаются биметаллические сист
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.