Управление составом и разноуровневой структурой нанесенных электрокатализаторов с пониженным содержанием платины для достижения оптимального сочетания их активности и стабильности

Проект посвящен поиску методов получения, изучению взаимосвязи строения и функциональных характеристик платиносодержащих наноструктурных электрокатализаторов, необходимых для создания электролизеров и низкотемпературных топливных элементов. Работа в основном проводилась в двух взаимосвязанных направлениях. Во-первых, получены электрокатализаторы, содержащие биметаллические, в первую очередь платиномедные, наночастицы с управляемой неоднородностью структуры: наночастицы «платиновая оболочка – медное ядро» и частицы градиентной архитектуры, в которых концентрация платины постепенно нарастает от центра к их поверхности. Изучено влияние агрессивных сред и термической обработки на состав и структуру катализаторов, содержащих биметаллические наночастицы. Установлено, что для всех типов биметаллических наночастиц в большей или меньшей степени характерны процессы селективного растворения атомов легирующего компонента, наиболее выраженные либо на начальной стадии эксплуатации катализаторов, либо на стадии их предобработки в агрессивных средах. Катализаторы с градиентной архитектурой наночастиц теряют меньше меди при стресс-тестировании, чем аналогичные системы на основе наночастиц сплава или «оболочка-ядро». Кроме того, градиентная архитектура наночастиц обуславливает высокую активность катализаторов в реакциях электровосстановления кислорода и электроокисления метанола, а их стабильность в несколько раз выше, чем у чисто платиновых катализаторов. В процессе выполнения исследований установлено, каким образом изменение состава и структуры биметаллических наночастиц в процессе функционирования зависит от их исходного состояния и от условий внешнего воздействия. В рамках второго направления исследований были разработаны новые способы и методики получения дисперсных неуглеродных носителей на основе диоксидов олова и титана, а также их композитов с углеродом. Платиновые катализаторы, полученные на основе оксидных и композиционных носителей, продемонстрировали высокую долговечность и активность в реакции электроокисления метанола.