ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИПМех РАН |
||
Целью проекта является направленное создание катализаторов с развитой поверхностью из оксидов неблагородных металлов для регенеративных топливных элементов с щелочным электролитом. В этой связи состав и микроструктура оксидов оптимизируются с целью обеспечения высокой каталитической активности как в реакции восстановления кислорода, так и в реакции выделения кислорода, а также стабильности при функционировании в растворе электролита. Прогнозирование предполагает переход от установленных ранее корреляций к выявлению ключевых особенностей строения поверхности и электронных свойств, ответственных за каталитическую активность малых оксидных частиц. Междисциплинарный проект включает: химический синтез и электроосаждение дисперсных оксидов переходных металлов; их детальную микроструктурную характеристику; проведение электрохимических измерений методами вольтамперометрии, вращающегося дискового электрода и вращающегося дискового электрода с кольцом для установления стадийных механизмов восстановления и выделения кислорода, а также электрохимических превращений интермедиата - пероксида водорода; микрокинетическое моделирование и сопоставление его результатов с данными электрохимических измерений, для оценки наблюдаемых констант скорости и параметров изотерм адсорбции интермедиатов; квантовохимическое моделирование элементарного акта ключевых стадий исследуемых реакций. С российской стороны в международном проекте участвуют группы: из МГУ (синтез, электрохимические измерения, первичная структурная характеристика мматериалов); из КНИТУ (моделирование элементарного акта); из Института катализа им. Г.К.Борескова СО РАН (электроосаждение оксидов и электрохимические измерения). Все группы имеют многолетний опыт совместной работы, а также научного партнерства с участниками международного консорциума проекта NANO-MORF, поддержанного в рамках программы EraNet_Rus.
The project is aimed to provide a catalyst with the surface area of the oxides of base metals for regenerative fuel cells with the alkaline electrolyte. In this regard, the composition and microstructure of the oxide are optimized to ensure high catalytic activity in the oxygen reduction reaction and the oxygen evolution reaction, and the stability in the operation of the electrolyte solution. Forecasting involves the transition from the previously established correlations to identify key features of the structure and electronic properties of the surface are responsible for the catalytic activity of small oxide particles. An interdisciplinary project include: chemical synthesis and electroplating dispersed transition metal oxides; their detailed microstructural characterization; carrying out electrochemical measurements voltammetry, rotating disk electrode and rotating ring-disk electrode for establishing mechanisms of stage recovery and release of oxygen and electrochemical transformations intermediate - hydrogen peroxide; mikro kinetic modeling and comparing its results with those of electrochemical measurements, for evaluating the observed rate constants and parameters of adsorption isotherms of the intermediates; Quantum-chemical modeling of the elementary act of the key stages of the test reactions. On the Russian side of the group involved in the international project: from the Moscow State University (synthesis, electrochemical measurement, the primary structural characteristic of materials); of KNRTU (modeling of the elementary act); from the Institute of Catalysis. GKBoreskov SB RAS (oxide electrodeposition and electrochemical measurement). All groups have a long history of working together, as well as a scientific partnership with the participants NANO-MORF project an international consortium supported under the program EraNet_Rus.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Оксидные наноматериалы с заданными свойствами для регенеративных топливных элементов |
Результаты этапа: При помощи методов "мягкой" химии синтезированы различные оксиды и оксогидроксиды марганца. Изучена их электрокаталитическая активность в реакции восстановления кислорода в щелочной среде. Установлено, что оксид Mn2O3 проявляет максимальную электрокаталитическую активность. С использованием кинетического моделирования предложен механизм восстановления кислорода в щелочной среде на оксидах марганца.Изучены электрокаталитические и каталитические реакции с участием пероксида водорода на различных оксидах и оксогидроксидах марганца. Из полученных экспериментальных данных, а также результатов кинетического моделирования следует, что наблюдаемая каталитическая активность Mn2O3 в реакции восстановления кислорода связана с его высокой активность как в реакции восстановления кислорода до пероксида водорода, так и с высокой активностью в последующей стадии разложения пероксида водорода. Проведен синтез перовскитов,(Sr,Gd)(Mn,Co)O3 c различным соотношением катионов Mn/Co. Полученные образцы охарактеризованы при помощи рентгенографии и электронной микроскопии высокого разрешения, определено их кислородное содержание. Изучена электрокаталитическая активность перовскитов в реакции восстановления и выделения кислорода. | ||
2 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Оксидные наноматериалы с заданными свойствами для регенеративных топливных элементов |
Результаты этапа: На примере оксидных композиций на основе кобальта и марганца установлено, что для регенеративного топливного элемента (восстановление и выделение кислорода) катализатор с умеренной активностью в обеих реакциях обнаруживает более высокую эффективность, чем смесь катализаторов каждого из процессов. В серии сравнительных исследований композиций на основе Mn2O3 с различными металлическими и углеродными связующими показано, что устойчивые к окислению углеродные материалы семейства Sibunit с оптимальной микроструктурой обладают значительными преимуществами как связующие для анодов, работающих в области выделения кислорода. Оптимизированы условия катодной электрокристаллизации нестехиометрических оксидов марганца, что позволило достичь для электроосажденных оксидов электрокаталитической активности, сравнимой с активностью оксидов-аналогов в композициях со связующим. Выполнены оценки скоростей элементарных стадий с участием О-О адсорбатов на модельных оксидных поверхностях, имитирующих поверхности материалов с разной кристаллической структурой и кристаллографической ориентацией, показана возможность реализации восстановления кислорода на оксидах через первую внешнесферную стадию переноса электрона на молекулу О2. | ||
3 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Оксидные наноматериалы с заданными свойствами для регенеративных топливных элементов |
Результаты этапа: При помощи метода RRDE проведено количественное определение эффективности и активности выделения кислорода с использованием катализатора IrO2. Показано, что метод RRDE может применяться в более широком интервале перенапряжений, если используется более низкая загрузка катализатора. Однако при низких загрузках точность начинает уменьшаться из-за неопределенности, связанной с поправкой на вклад углерода. Метод RRDE был использован для количественной оценки эффективности выделения кислорода на перовскитных катализаторах составов La0.5Sr0.5Mn0.5Co0.5O3 − δ и La0.75Sr0.25Mn0.5Co0.5O3 − δ. Исследование проводилось с использованием композитов с добавлением пиролитического углерода семейства Сибунит в соотношении 1: 1 (в расчете на массу). Показано, что в условиях применимости RRDE фарадеевская эффективность в реакции выделения кислорода близка к 100%, что позволяет предположить, что углерод семейства Сибунит относительно устойчив к коррозии в щелочных электролитах, по крайней мере, при комнатной температуре и коротких временах электролиза. Вклад коррозии сибунита в общий ток, по-видимому, находится в пределах точности метода RRDE. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".