Электрокатализаторы на основе платины и углеродных наноструктур

• Автор: Герасимова, Екатерина Владимировна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 145 с. : ил.

Введение.

1. Обзор литературы.

1.1. Строение водородновоздушного топливного элемента.

1.2. Катализаторы для водородновоздушного ТЭ

1.2.1. Размерные эффекты в платиновых катализаторах для топливных элементов

1.2.2. Коммерческие углеродные носители катализаторов для ТЭ.

1.2.3. Углеродные наноструктуры, строение и синтез.

1.2.3.1. Типы углеродных наноструктур

1.2.3.2. Методы синтеза углеродных наноструктур

1.2.3.2.1. Лазерное испарение металлграфитовых мишеней

1.2.3.2.2. Электродуговое испарение графита

1.2.3.2.3. Каталитический пиролиз углсродсодержащих соединений.
1.2.4. Способы нанесения катализаторов на углеродные носители
1.2.4.1. Физические методы нанесения катализатора на поверхность носителя
1.2.4.2. Химические методы нанесения платины на поверхность носителя.
1.2.4.3. Методы модификации углеродных носителей.
1.2.5. Катализаторы на наноструктурированных углеродных носителях
1.3. Физикохимические методы исследования Р1С катализаторов
1.3.1. Исследование морфологии катализаторов.
1.3.1.1. Метод электронной микроскопии.
1.3.1.2. Метод порошковой дифракции
1.3.2. Электрохимические методы исследования.
1.3.3. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия.
1.4. Заключение
2. Экспериментальная часть
2.1. Методики экспериментов
2.1.1. Реактивы
2.1.2. Методика синтеза УНС каталитическим пиролизом этилена
2.1.2.1. Синтез УНС на порошковых катализаторах.
2.1.2.2. Синтез УНС на углеродной бумаге
2.1.3. Методика очистки углеродных нановолокон
2.1.4. Методики проведения функционализации поверхности углеродных
наноструктур.
2.1.4.1. Методики окисления поверхности углеродных нановолокон
2.1.4.2. Функционализация УНВ тиольными и сульфогруппами
2.1.5. Методики нанесения Р на поверхность углеродных нановолокон
2.2. Физикохимические методы исследования, использованные в работе
3. Синтез и исследование РС катализаторов на основе углеродных наноструктур.
3.1. Синтез углеродных наноструктур.
3.2. Синтез и исследование дисперсных ИУНВ катализаторов.
3.2.1. Химическая модификация поверхности волокон.
3.2.2. Исследование дисперсных РГУНВ катализаторов.
3.3. Совмещенные РТУНВГДС слои.
4. Основные результаты работы и выводы
5. Список литературы
Список сокращений
УНВ углеродные нановолокна
УНТ углеродные нанотрубки
УНС углеродные наноструктуры
УНМ углеродные наноматериалы
ДВА циклическая вольтамперометрия
ТЭ топливный элемент
МЭБ мембранноэлектродный блок
РФЭС рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия
ПЭМ просвечивающая электронная микроскопия
СЭМ сканирующая электронная микроскопия
ТТЛ термогравиметрический анализ
ДСК дифференциальносканирующая калориметрия
СВЧ сверхвысокочастотное излучение
ГДС газодиффузионный слой
г.ц.к. гранецентрированная кубическая решетка
КЧ координационное число
ПАВ поверхностноактивное вещество
АУВ активированные углеродные волокна
i метод полнопрофильного моделирования МГДЭ модельный газодиффузионный электрод 3, ii 3,диметилдодециламмоний пропансульфонат
Введение
Актуальность


Целью настоящей работы является получение и физикохимическое исследование морфологии и электрокаталитических свойств материалов на основе платины и углеродных наноструктур для низкотемпературных водородновоздушных топливных элементов. Адаптированы методики нанесения платины на углеродные нановолокна, предложен метод получения кластеров платины с узким размерным распределением частиц около 2 нм. Предложена и апробирована методика определения размеров кристаллитов металла наномстрового диапазона на основе комбинации данных просвечивающей электронной микроскопии и полнопрофильного анализа дифрактограмм. Разработаны эффективные электрокатализаторы для водородновоздушных топливных элементов на основе наноструктурированного углерода с нанесенными кластерами платины. Разработаны методики формирования совмещенных каталитических и газодиффузионных слоев для повышения эффективности работы водородновоздушных топливных элементов. Фундаментальные проблемы ионики твердого тела Россия, , , V международном симпозиуме Фуллерены и фуллереноподобиые структуры в конденсированных средах Беларусь, конференции Молодая наука в классическом университете Иваново, конкурсах молодых ученых им. С.М. Батурина Черноголовка, И. ПХФ РАН, , конференциях Физические проблемы водородной энергетики г. СанктПетербург, , . Герасимова Е. В., Володин , Куюнко Н. С., Кущ С. Д., Архангельский И. В., Добровольский Ю. А., Тарасов Б. П. Платинированные углеродные наноструктуры в качестве электрокатализатора для топливных элементов Альтернативная энергетика и экология. С. . Герасимова Е. В., Володин , Архангельский И. В., Добровольский Ю. А., Тарасов Б. П. Платинананоуглеродные электрокатализаторы для водородновоздушных топливных элементов Альтернативная энергетика и экология. С. . Астафьев Е. А., Добровольский Ю. А., Герасимова Е. В., Арсатов Методические особенности исследования элекзродов топливного элемента в жидкостной полуячейке с газодиффузионным слоем Альтернативная энергетика и экология. С. . Герасимова Е. В., Тарасов Б. П. Платина на углеродных носителях катализатор процессов в низкотемпературных топливных элементах Альтернативная энергетика и экология. С. . Володин , Герасимова Е. В., Тарасов Б. П. Электроды на основе платины и углеродных нановолокон Альтернативная энергетика и экология. С. . Тарасов Б. П., Володин , Герасимова Е. В. Углеродные наноматериалы носители катализаторов для топливных элементов. В монографии Органические и гибридные наноматериалы под ред. Разумова В. Ф. и Клюева М. В Издво Иван. Иваново, . I 2. С. . Герасимова Е. В., Букун Н. Г., Добровольский Ю. А. Электрокаталитические свойства катализаторов на основе углеродных нановолокон с различным содержанием платины Тезисы докладов VI
российской конференции Физические проблемы водородной энергетики г. СанктПетербург, ноября г. С.1. Герасимова Е. В., Яшина Л. В., Володин Л. А. Влияние природы поверхности углеродного носителя на электрохимические свойства системы УНВ Труды го международного совещания Фундаментальные проблемы ионики твердого тела г. Черноголовка, июня г. С. 8. Герасимова Е. В., Володин А. А., Архангельский И. В., Добровольский Ю. А., Тарасов Б. П. Катализаторы и газодиффузионные слои для водородновоздушных топливных элементов Труды II международного симпозиума по водородной энергетике Москва, ноября , С. Герасимова Е. В., Тарасов Б. П. Разработка методик нанесения платины на углеродные нановолокна для приготовления электрокатапизаторов Сборник научных статей. Минск ИТМО НАН Беларуси, . С. . V., Vi А. А., v В iv i i i i i. I i i i i i vi i. V. I 1. V., Vi , v iv i i i i . X Ii i i i i i, ,
. Vi . Ii i Ii i, i, , , . Вклад автора в настоящую работу заключается в постановке задач, обработке, анализе и обобщении результатов. Автором проведены экспериментальные работы по оптимизации методов синтеза платинауглеродных катализаторов, обработке полученных материалов методами порошковой дифракции, термогравиметрии и массспектрометрии, а также определены электрокаталитические характеристики. Каталитический синтез углеродных наноструктур разных типов осуществлен совместно с к. Володиным А. А. РФЭС исследование образцов проводилось совместно с д. Яшиной Л.