Катализаторы на углеродных и TiO2 носителях для катодов ТЭ с пониженным содержанием платины и без нее

• Автор: Лозовая, Ольга Владимировна
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 175 с. : ил.

Оглавление

Перечень сокращений, условных обозначений и символов
Введение
Глава 1 Литературный обзор
1.1. Общие представления о реакции электровосстановления кислорода в
кислом электролите
1.2.Особенности электровосстановлеиия кислорода на системах, синтезированных на углеродных носителях
1.2.1. Восстановление кислорода на платиносодержащих катализаторах
1.2.2. Углеродные материалы, модифицированные органическими
азотсодержащими соединениями
1.3. Синтез и характеристики катодных каталитических систем на различных типах оксида титана
1.3.1. Типы оксидов титана и их структурные особенности
1.3.2. Методы синтеза катализаторов и влияние структурных особенностей катализаторов на их активность
1.3.3. Особенности электровосстановления кислорода и стабильность систем на основе оксида титана
Глава 2 Объекты и методы экспериментальных исследований
2.1. Синтез каталитических систем
2.2. Физико-химические методы анализа
2.2.1. Рентгеновский фазовый анализ
2.2.2. Просвечивающая электронная микроскопия
2.2.3. Атомно-эмиссионный анализ
2.2.4. Атомно-силовая микроскопия
2.2.5. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия
2.2.6. Метод БЭТ
2.2.7. Четырехэлектродный метод измерения электропроводности
2.3. Электрохимические методы
2.3.1. Метод циклической вольтамперометрии
2.3.2. Метод вращающегося дискового электрода
2.3.3. Метод вращающегося дискового электрода с кольцом
2.4. Методы коррозионного тестирования
2.4.1. Циклирование потенциала с последующей регистрацией ЦВА и поляризационных кривых восстановления кислорода
2.4.2. Метод химической обработки катализаторов при высокой температуре
2.5. Методика изготовления МЭБ для исследования в макете ТЭ
2.6. Реактивы и растворы
Глава 3 Структурные и электрохимические свойства носителей
ЗЛ.Турбостратный углерод (сажа ХС72ІІ)
3.2. Нанотрубки оксида титана (нтТЮ2)
3.3. Оксид титана (Ті02)
3.4. Модифицированный оксид титана (МТЮ2)

Глава 4 Электровосстановление молекулярного кислорода на многокомпонентных катализаторах PtCoCr, синтезированных на углеродном и оксидном (Т1О2) материалах
4.1. Исследование PtCoCr катализаторов на основе ХС72
4.1.1. Структурные особенности катализаторов PtCoCr/C
4.1.2.Электрохимические характеристики реакции
электровосстановления кислорода на каталитической системе PtCoCr/C
4.1.3. Кинетика и путь реакции электровосстановления кислорода на каталитической системе PtCoCr/C
4.2. Исследование PtCoCr катализаторов на ТЮ2 в качестве носителя
4.2.1. Структурные особенности катализаторов PtCoCr/Ti02
4.2.2. Электрокаталитические свойства PtCoCr/Ti02 и PtCoCr/MTiCb
систем в реакции электровосстановления кислорода
4.3. Сравнение стабильности платиносодержащих каталитических систем, синтезированных на различных носителях, и анализ возможных
причин деградации катализаторов
Электровосстановление молекулярного кислорода на
Глава 5 катализаторах, не содержащих платину, синтезированных на
углеродном и оксидном (ТЮ2) материалах
5.1. Неплатиновые катализаторы на основе сажи
5.2. Неплатиновые катализаторы на основе нанотрубок оксида титана (нтТЮ2)
5.3. Неплатиновые катализаторы на основе оксида титана (ТЮ2
5.3.1. Влияние количества прекурсора ТМФГІСо и температуры синтеза на структурные и электрохимические характеристики катализатора МТЮ2
5.3.2. Влияние типа азотсодержащего органического прекурсора на каталитические характеристики катализатора МТЮ2
5.3.3. Структурные и электрокаталитические свойства оптимизированной МТЮ2 систем в реакции электровосстановления кислорода
5.4. Сравнение коррозионной стабильности каталитических систем, синтезированных на различных носителях, и обсуждение возможной структуры АЦ неплатиновых катализаторов
Глава 6 Исследование МТЮ2 в составе низкотемпературного водородовоздушного ТЭ
Выводы
Список литературы

Список сокращений:
АЦ — активный центр;
АС — активный слой;
АЭС — атомно-эмиссионная спектроскопия;
БЭТ — метод Брунауэра, Эмметта и Тейлора;
ВДЭ — вращающийся дисковый электрод;
ВДЭК — вращающийся дисковый электрод с кольцом;
МЭБ — мембрано-электродный блок;
МТЮг — оксид титана, модифицированный продуктами пиролиза ТМФПСо; МХС72Я — сажа (ХС72Я), модифицированная продуктами пиролиза ТМФПСо;
о.в.э. — обратимый водородный электрод;
ПЭМ — просвечивающая электронная микроскопия;
РФЭС — рентгено-фотоэлектронная спектроскопия;
РФА — рентгено-фазовый анализ;
ТСВДЭ - тонкослойный вращающийся дисковый электрод;
ТЭ — топливный элемент;
ТМФПСо — тетра (п-метоксифенил) порфирин кобальта;
УЗВ — ультразвуковая ванна;
Фц — фталоцианин;
ЦВА — циклическая вольтамперограмма;
С-Х - структура — азотсодержащая углеподобная структура.

1.3.3. Особенности электровосстановления кислорода и стабильность систем
на основе оксида титана
Электрохимические параметры, такие как активность, величина площади поверхности и др. зависят как от метода синтеза и свойств материалов, так и от условий, в которых эти параметры измеряются. Так, например, электрокаталитическая активность катализатора, измеренная в серной и хлорной кислотах, может быть различной, так как ионы 80,|2" могут адсорбироваться на поверхности катализатора, блокируя активные центры. К сожалению, в настоящее время единых условий испытаний катализатора в модельных условиях или в составе МЭБ не существует. Кроме того, сравнение различных свойств катализаторов усложняется наличием разнообразных форм оксида титана и, как следствие, различием их свойств. Поэтому для сравнения характеристик была составлена таблица для катализаторов, исследованных в модельных условиях, в которой, кроме основных электрохимических параметров, также указаны метод синтеза, материал-носитель и условия снятия поляризационных кривых (табл. 3).
Таблица 3.
Электрохимические характеристики катодных катализаторов в модельных
условиях.
Носитель Содержание платины, % Метод синтеза катализатора Тип электролита V, В/с в / (Е=0.9В) мА/см2,!ат и Ссылка
коммерч. 40 коммерч. 0.5 М Н2804, 0.005 0.88 0
БГЬ-ТЮг 20 боргидрид. 0.5 М НСЮ4> 0.02 0.88 1
ИЬ-ТЮг 40 боргидрид. 0.5 М Н2804, 0.01 0.78 0.4-0
КЪ-ТЮг 33.8 боргидрид. 0.5 М Н2804, 0.005 0.85
ТЮ2(аМг1 сЬ, рутил) 20 боргидрид. 0.1 М НС104, 0.005 0.82 -0.5
тю2/с 40 полиольный 0.5 М НСЮ4, 0.005 0.8
тю2 н.волокна 20 полиольный 0.5 М НС104, 0.005 0.74 <0.1