Статья

Название статьи «IN SITU» ИССЛЕДОВАНИЯ НУКЛЕАЦИИ И РОСТА НАНОКАТАЛИЗАТОРОВ НА ОСНОВЕ PT В АТМОСФЕРЕ ГЕЛИЯ
Автор Н.М. Невзорова, И.Н. Леонтьев, Г.Э. Яловега
Рубрика РАЗДЕЛ II. НАНОТЕХНОЛОГИИ, МИКРОЭЛЕКТРОНИКА И МИКРОЭЛЕКТРОННАЯ ТЕХНИКА
Месяц, год 12, 2015
Индекс УДК 53.3997
DOI
Аннотация Нанокомпозитные материалы на основе платины являются хорошими катализаторами для протонно-обменных топливных ячеек. Каталитическая активность таких наноматериалов зависит в первую очередь от размера наночастиц платины, поэтому важно получать нанокатализаторы с малым размером частиц. Целью работы является определение кинетики нуклеации и роста, структурных параметров наноразмерных катализаторов на основе платины при нагревании в атмосфере гелия. Задачей является определить температурную зависимость разложения прекурсора в атмосфере гелия, подтвердить образование наночастиц платины в процессе нагревания. В качестве прекурсора Pt использовался ацетилацетонат платины Pt(acac)2. Для решения поставленных задач использовался метод рентгеновской спектроскопии поглощения XAFS (XANES и EXAFS) высокого разрешения с использованием синхротронного излучения (ESRF, Франция, Гренобль). Наночастицы были получены путем восстановления Pt из прекурсора Pt(acac)2 в атмосфере гелия при нагревании от 25°С до 260°С. В процессе нагревания непрерывно регистрировались спектры XANES (каждые 6 минут), в контрольных точках – EXAFS. Все полученные спектры рентгеновского поглощения были обработаны в специализированной программе IFEFFIT, где вычли фон, произвели нормировку и преобразование Фурье для спектров EXAFS. Также проводилось компьютерное моделирование спектров EXAFS, чтобы подтвердить образование наночастиц платины. В работе представлены результаты эксперимента для наночастиц без углеродного носителя и частиц, осажденных на углеродный носитель Vulcan XC-72. В результате обработки экспериментальных спектров XANES получены данные о температурах, при которых начинается разложение прекурсора Pt(acac)2 и формирование наночастиц Pt. Показаны результаты моделирования спектров EXAFS для исследованных образцов, подтверждающие образование наночастиц платины (полученные расстояния соответствуют наноразмерной платине). Кроме того, было установлено, что наночастицы в эксперименте с углеродной сажей Vulcan XC-72 сформировались именно на поверхности носителя. Сделаны выводы о влиянии углеродного носителя на рост наночастиц в ходе нагревания.

Скачать в PDF

Ключевые слова Топливные элементы; наночастицы Pt/C; катализаторы; XANES; EXAFS.
Библиографический список 1. Yoshitake H., Yamazaki O., Ota K. J. In Situ X‐Ray Absorption Fine Structure Study on Structure Transformation and Electronic State of Various Pt Particles on Carbon Electrode // Electrochem. Soc. – 1994. – P. 2516.
2. Kinoshita K. Electrochemical Oxygen Technology // Wiley: New York. – 1992.
3. Zhang J. PEM Fuel Cell Electrocatalysts and Catalyst Layers (Springer-Verlag London Limited 2008).
4. Van Bokhoven J, Paun C and Singh J. Structure of Platinum Catalysts under CO, Hydrogen, and Oxygen; Anomalous Behavior of Pt on Ceria after Cyanide Leaching // Phys. Chem. – 2014. – P. 13432−13443.
5. Newton M., Belver-Coldeira C., Martinez-Arias A., Fernandez-Garcia M. Nanoparticle behaviour in changing environments: dynamic structural reorganisation in supported Pd nanoparticles during redox cycling // Nat. Mater. – 2007.– No. 6. – P. 528-532.
6. Беленов С.В., Гутерман В.Е. Сравнительное исследование каталитической активности Pt/C и PtхNi/C материалов в реакции электровосстановления кислорода // Инженерный вестник Дона. – 2013. – № 4.
7. Zhang J. PEM Fuel Cell Electrocatalysts and Catalyst Layers (Springer-Verlag London Limited). – 2008.
8. Markovic N., Gasteiger H., Ross P.N.J. Kinetics of Oxygen Reduction on Pt(hkl) Electrodes: Implications for the Crystallite Size Effect with Supported Pt Electrocatalysts // Electrochem. Soc. – 1997. – Vol. 144. – P. 1591-1597.
9. Гутерман В.Е., Пустовая Л.Е., Гутерман А.В., Высочина Л.Л. Электрохимия. – 2007. – № 43. – P. 1147-1152.
10. Lee H., et al. Morphological Control of Catalytically Active Platinum Nanocrystals // Angew. Chem. Int. Ed. – 2006. – Vol. 45. – P. 7824-7828.
11. Chandravathanam S., Kavitha B., Viswanathan B., Thangam Y.Y. Study of sulphonic acid functionalization of Vulcan XC-72 carbon black support of Pt/Vulcan XC-72 catalysts for methanol electrooxidation // Indian Journal of Chemistry. – 2012. – Vol. 51A. – P. 704-707.
12. Antolini E., Salgado J.R.C., Gonzalez E.R. Carbon supported Pt75M25 (M = Co, Ni) alloys as anode and cathode electrocatalysts for direct methanol fuel cells // J. Electroanalytical Chemistry. – 2005. – Vol. 580. – P. 145-154.
13. Leontyev I.N., Kuriganova A.B., Leontyev N.G., Hennet L., Rakhmatullin A., Smirnova N.V., Dmitriev V. Size dependence of the lattice parameters of carbon supported platinum nanoparticles: x-ray diffraction analysis and theoretical considerations // RSC Adv. – 2014. – No. 4. – P. 35959-39965.
14. Nikitenko S., Beale A., van der Eerden A., Jacques S., Leynaud O., O’Brien M., Detollenaere D., Kaptein R., Weckhuysen B., Bras W. Implementation of a combined SAXS/WAXS/QuEXAFS setup for time-resolved in situ experiments // Journal of Synchrotron Radiation. – 2008. – No. 15. – P. 632-640.
15. Russell A.E., Rose A. X-ray Absorption Spectroscopy of Low Temperature Fuel Cell Catalysts // Chem. Rev. – 2004. – Vol. 104. – P. 4613-4635.
16. Ankudinov A, Bouldin C, Rehr J, Sims J, Hung H. Parallel calculation of electron multiple scattering using Lanczos algorithms // Phys. Rev. – 2002. – Vol. B 65. – P. 104107-104118.
17. http://cars9.uchicago.edu/~newville/adb/search.html.
18. Ravel B, Newville M. Athena, Artemis, Hephaestus: data analysis for X-ray absorption spectroscopy using IFEFFIT // J. Synchrotron Radiat. – 2005. – No. 12. – P. 537-541.
19. Newville M. IFEFFIT: interactive XAFS analysis and FEFF fitting // Journal of Synchrotron Radiation. – 2001. – No. 8. – P. 324-332.
20. Shishido T., Asakura H., Amano F., Sone T., Yamazoe S., Kato K. In situ time-resolved energy dispersive XAFS study on reduction behavior of Pt supported on TiO2 and Al2O3 // Catal Lett. – 2009. – Vol. 131. – P. 413-418.
21. Garcia A., Paganin V., Ticianelli E. CO tolerance of PdPt/C and PdPtRu/C anodes for PEMFC // Electrochim. Acta. – 2008. – Vol. 53. – P. 4309-4315.
22. Choi S.M., Yoon J.S., Kim H.J., Nam S.H., Seo M.H., Kim W.B. Electrochemical benzene hydrogenation using PtRhM/C (M =W, Pd, or Mo) electrocatalysts over a polymer electrolyte fuel cell system // Applied Catalysis A: General. – 2009. – Vol. 359. – P. 136-143.
23. Koningsberger D.C., Mojet B.L., van Dorssen G.E., Ramaker D.E. XAFS spectroscopy; fundamental principles and data analysis // Top. Catal. – 2000. – No. 10. – P. 143-155.
24. Прядченко В.В., Срабионян В.В., Галустов А.Д., Авакян Л.А., Михейкина Е.Б.,Зубавичус Я.В., Гутерман В.Е., Бугаев Л.А. Определение атомной структуры биметаллических наночастиц состава Pt-Ag в металлуглеродных катализаторах по данным спектроскопии рентгеновского поглощения // Инженерный вестник Дона. – 2014. – № 2. – URL:
ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2014/2369/.

Comments are closed.