Новые высокоэффективные Pt-содержащие катализаторы для реакции электроокисления метанола

Целью проекта является выяснение взаимосвязи между составом/структурой, стабильностью и каталитической активностью платиносодержащих катализаторов в реакциях электроокисления метанола и электровосстановления кислорода, что необходимо для получения высокоактивных каталитических материалов нового поколения. Речь, в первую очередь, идет о катодных катализаторах для метанольных топливных элементов, в которых кроссовер метанола через мембрану оказывает негативное влияние на реакцию электровосстановления кислорода. Диссертационная работа аспиранта направлена на изучение влияние природы легирующего компонента и структуры (архитектуры) биметаллических наночастиц на активность платиносодержащих катализаторов в реакциях электроокисления метанола и электровосстановления кислорода. Для решения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: - Получить по разработанной нами раннее методике нанесенные электрокатализаторы, содержащие PtCu наночастицы разной архитектуры и провести аттестацию их состава и структуры. - Исследовать влияние иерархически организованной структуры и состава металлической фазы на величину площади электрохимически активной поверхности, каталитическую активность в реакциях электроокисления метанола и электровосстановления кислорода. - Выбрать наиболее активные материалы и оценить их стабильность при различных режимах стресс-тестирования в электрохимической ячейке. - Модифицировать PtCu катализаторы с высокой площадью электрохимически активной поверхности, проведя в наночастицах гальваническое замещение поверхностных атомов меди на золото, и тем самым получить триметаллические системы типа PtCu(x-y)Au(y). Мы полагаем, что избирательная сегрегация небольших количеств золота на поверхности наночастиц приведет к увеличению их каталитической активности и стабильности. -Изучить влияние атомной доли золота, нанесенного на поверхность PtCu(x-y)Au(y) наночастиц методом гальванического замещения, на активность катализаторов в РОМ и их коррозионно-морфологическую стабильность. - Изучить влияние обработки в кислотах PtCu/C и PtCu(x-y)Au(y)/C, катализаторов на их состав, структуру и активность в РОМ для получения материалов, перспективных для использования в топливных элементах и не отравляющих мембрану за счет растворения меди в процессе длительной работы. - Провести сравнительное исследование электрохимического поведения полученных триметаллических систем с исходными биметаллическими материалами, а также с коммерческим Pt/C катализатором с аналогичной загрузкой платины. -Провести синтез PtCu катализаторов на полученном по ранее апробированной нами методике композитном носителе SnO2/С и изучить влияние соотношения С : SnO2 на активность полученных катализаторов. Фундаментальные аспекты данной работы связаны с получением би- и триметаллических наночастиц с неоднородным распределением компонентов и изучением связи между структурой/составом наночастиц, их каталитической активностью в реакции электроокисления метанола и стабильностью. Прикладной аспект работы состоит в разработке катодных электрокатализаторов для спиртовых топливных элементов, обладающих более высокими функциональными характеристиками по сравнению с известными аналогами.