Электроокисление этанола на платиносодержащих катализаторах в кислых средах

• Автор: Кузов, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 02.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 145 с. : ил.

1. Введение

2. Потенциальные области применения спиртовых ТЭ

3. Кинетика и механизм элсктроокисленин этанола

3.1. Адсорбция этанола

3.2. Электрохимическиое окисление этанола.

4. Катализаторы электроокисления этанола.

4.1. Катализаторы на основе Р1 моно, би и триметаллические

4.2. Неплатиновые катализаторы

5. Особенности катодного восстановления кислорода в этанолыюкислородном ТЭ и катодные катализаторы.

6. Способы синтеза ка тализаторов для этанольпокислороднмх ТЭ.

6.1. Электроосаждепис.

6.2. Термохимических метод
6.3. Химический метод восстановления
7. Современное состояние работ в области ТЭ с прямым окислением этанола
7.1. Методы и подходы к формированию и испытанию МЭН
7.2. Чипы используемых мембран и требования к ним.
7.3. Сопоставление современных данных полученных в ТЭ с этанолом
и метанолом.
Формулировка задач исследования
Вторая глава
Объекты и методы экспериментальных исследований
2.1. Методы синтеза катализаторов.
2.1.1. Синтез анодных катализаторов Р1Бп.
2.1.2. Синтез катодных катализаторов РгХ X Б, Р, ЕЙ
2.2. Методы исследования катализаторов.
2.2.1. Физикохимические методы анализа.
2.2.1.1. Рентгеновский фазовый анализ.
2.2.1.2. Просвечивающая электронная микроскопия.
2.2.2. Электрохимические методы исследования
2.2.2.1. Типы электродов для исследования электрохимических характеристик катализаторов
2.2.2.1.1. Метод вращающегося электрода с тонким слоем катализатора.
2.2.2.1.2. Электрод для исследовании продуктов окисления этанола
2.2.2.2. Определение величины истиной поверхности.
2.2.2.3. Определение активности катодных систем.
2.2.2.4. Определение активности анодных систем
2.3. Характеристики катализаторов
2.3.1. Морфология исследуемых катализаторов.
2.3.2. Активность катализаторов.
2.3.3. Коррозионная стабильность катализаторов
2.3.4. Методики адсорбционных измерений.
2.3.5. Нестационарные процессы при электроокислсиии этанола
Транзиснты тока.
2.4. Кробоиодготовка и хроматографический анализ продуктов
окислении этанола
2.5. Методы формировании АС и МЭБ и проведение их испытаний
в составе ТЭ.
2.6. Реактивы и растворы.
Третья глава
Результаты и обсуждение
3.1. Адсорбция этанола на Р1,1 и Р1п катализа горах
3.1.1. Импульсные кривые при исследовании адсорбции.
3.1.2. Влияние различных факторов на адсорбцию этанола
3.2. Нестационарные явлении при электроокислении этанола.
3.3. Кинетика окислении этанола па Р1, РНи и Рп катализа юрах.
3.3.1.Влияние температуры.
3.3.2. Влияние концентрации.
3.3.3. Влияние состава электролита
3.3.4. Влияние природы катализатора.
3.3.5. Анализ и обсуждение
3.4. Электроокисление этанола в стационарных условиях, глубина окисления и продукты реакции
3.5. Обсуждение результатов.
Четвртая глава
Исследование катализаторов в составе МЭБ згаольнокислородно о
4.1. Загрузка катализатора при формировании анодов
4.2. Содержание этанола в топливной смеси.
4.3. Оценка перспектив использования углеводородных мембран в качестве альтернативы перфорированным
4.4. Результаты разработки методов формирования и испытании МЭБ площадью 5 см2 на основе мембраны 1оп 7 и анодного катализатора Р8п , Р.
4.5. Модифицированные катодные катализаторы.
4.6. Масштабирование и ресурсные испытании
4.7. Результаты исследования катализаторов в составе МЭБ этанольнокислородных ТЭ
Заключение
Список литературы.
Введение


Решение ряда стоящих в настоящее время задач позволит перейти к внедрению и коммерциализации этанольнокислородных ТЭ в качестве новых источников тока. Интенсивное развитие ТЭ с прямым окислением спиртов открывает большие перспективы для использования этих источников энергии для различных целей. На настоящем этапе развития использование спиртовых ТЭ для транспортных целей маловероятно по причине меньшей эффективности в сравнении с водородовоздушными ТЭ, а также в существенно большей стоимости МЭБ, обусловленной необходимостью использования значительно больших количеств платинового катализатора. Если в случае водородовоздушного ТЭ содержание драгоценных металлов составляет 0. ТЭ это значение составляет мгсм2 и более. Тем не менее, ТЭ с прямым окислением спиртов благодаря возможности осуществления картриджной подачи топлива рассматриваются в качестве перспективных источников тока для портативных устройств, таких как мобильные телефоны, ноутбуки и микрокомпьютеры. Так, компания i представила, прототип МРЗп леера, работающего от метанольного микрогопливного элемента мощностью 0 мВт размером со спичечный коробок . В качестве топлива используется . Перспективной областью для спиртовых ТЭ также могут быть резервные и быговые энергогенераторы. В таблице 2 отражены потенциальные области применения спиртовых ТЭ и соответствующие им требования. Таблица 2. Процесс электрохимического окисления этанола в кислых средах значительно сложнее по сравнению с метанолом, что связано с большим разнообразием продуктов адсорбции и возможных путей окисления образующихся частиц. При взаимодействии молекулы этанола с поверхностью катализатора протекает комплекс деструктивных процессов дегидрирование, гидрирование, распад молекулы по С С связи, а при электрохимическом окислении возможно образование ацетальдегида, уксусной кислоты неполное окисление и диоксида углерода полное окисление. При исследовании механизма элсктрокаталитичсских процессов окисления малых органических молекул типичным является различие в методиках, используемых отечественными и зарубежными авторами. Адсорбция этанола на электродах из платиновых металлов носит характер деструктивной хемосорбции, что осложняет исследование состава и структуры адсорбированных частиц , . Количество этанола, адсорбированного за счт
физического взаимодействия, составляет незначительную долю 1 от общего количества, находящегося на электроде. Введение этанола в контакт с платиновым электродом вызывает первоначально смещение потенциала в катодную сторону, что обусловлено протеканием процессов дегидрирования молекул спирта при взаимодействии с поверхностью. ЧР. На преимущественную адсорбцию по ауглеродному атому указывает более слабая адсорбция изоспиртов по сравнению с нормальными. Так, если при ауглеродном атоме все атомы водорода заместить на СПэгруппы, то адсорбция такого спирта очень мала. Это также указывает на малый вклад в адсорбцию водородного атома гидроксильной группы . Кроме того, преимущественная адсорбция этанола по ауглеродному атому подтверждается данными исследований методом меченых атомов . После смещения потенциала в отрицательную сторону, обусловленного дегидрированием, наблюдается некоторый сдвиг потенциала к более положительным значениям, обусловленный протеканием процессов гидрирования адсорбированных на поверхности платины частиц, и сопровождающийся выделением газообразных продуктов . При этом анализ газов, выделяющихся после введения этанола, показывает, что при введении этанола в контакт с , насыщенной водородом Е0 мВ, в газовой фазе преобладает этан ,6 об. Е мВ с раствором этанола наблюдается преимущественный разрыв С С связи и в газовой пробе преобладает метан ,2 об Следовательно, дегазированная платина оказывает более сильное деструктивное действие на спирты, чем , на поверхности которой присутствует водород. Так как при потенциалах двойнослойной области на поверхности платины адсорбированные газы кислород и водород практически отсутствуют, выделение продуктов гидрирования свидетельствует о самогидрировании предельных спиртов .