Морфологические и структурные аспекты электрохимического катализа реакции восстановления кислорода кобальтовым комплексом пектата натрия

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Разработаны катализаторы восстановления кислорода на основе кобальтовых комплексов пектата натрия, которые интересны с точки зрения применения в протонообменных мембранных топливных элементах. Они изучены методами электрохимии и электронной микроскопии. В результате проведенных исследований определен катализатор-лидер с 15%-ным замещением ионов натрия на катионы Co2+.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

П. Я. Эндерс

ФИЦ КазНЦ РАН; Казанский национальный исследовательский технологический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: enderspolina@mail.ru

Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова

Россия, Казань; Казань

Э. М. Лебедева

ФИЦ КазНЦ РАН; Казанский национальный исследовательский технологический университет

Email: enderspolina@mail.ru

Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова

Россия, Казань; Казань

Г. Р. Низамеева

ФИЦ КазНЦ РАН; Казанский национальный исследовательский технологический университет

Email: enderspolina@mail.ru

Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова

Россия, Казань; Казань

Р. Р. Гайнуллин

Казанский национальный исследовательский технологический университет

Email: enderspolina@mail.ru
Россия, Казань

С. Т. Минзанова

ФИЦ КазНЦ РАН; Казанский национальный исследовательский технологический университет

Email: enderspolina@mail.ru

Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова

Россия, Казань; Казань

Э. И. Галеева

Казанский национальный исследовательский технологический университет

Email: enderspolina@mail.ru
Россия, Казань

Ж. В. Межевич

Казанский национальный исследовательский технологический университет

Email: enderspolina@mail.ru
Россия, Казань

Е. С. Нефедьев

Казанский национальный исследовательский технологический университет

Email: enderspolina@mail.ru
Россия, Казань

К. В. Холин

ФИЦ КазНЦ РАН; Казанский национальный исследовательский технологический университет

Email: enderspolina@mail.ru

Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова

Россия, Казань; Казань

М. К. Кадиров

ФИЦ КазНЦ РАН; Казанский национальный исследовательский технологический университет

Email: kamaka59@gmail.com

Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова

Россия, Казань; Казань

Список литературы

  1. Thandavarayan, S. and Viswanathan, S., Electrocatalysts for Low Temperature Fuel Cells. Fundamentals and Recent Trends. Weinheim, Germany: Wiley VCH, 2017. 616 p.
  2. Tarasevich, M.R., Sadkovski, A., and Yeager, E., Comprehensive Treatise of Electrochemistry. V. 7. Kinetics and Mechanism of Electrode Processes / Eds. Conway, B.E., Bockris, J.O.M., and Yeager, E. N.Y., London: Plenum Press, 1983, p. 301.
  3. Ramaswamy, N. and Mukerjee, S., Fundamental mechanistic understanding of electrocatalysis of oxygen reduction on Pt and non-Pt surfaces: acid versus alkaline media, Adv. Phys. Chem., 2012, p. 1.
  4. Тарасевич, М.Р., Хрущева, Е.И., Филиновский, В.Ю. Вращающийся дисковый электрод с кольцом. М.: Наука, 1987. 247 c. [Tarasevich, M.R., Khrustcheva, E.I., and Philinovskii, V. Yu., Rotating ring disk electrode (in Russian), M.: Nauka, 1987. 247 p.]
  5. Ma, R., Gaoxin, Lin, Yao, Zhou, Qian, Liu, Tao, Zhang, Guangcun, Shan, Minghui, Yang, and Jiacheng, Wang, A review of oxygen reduction mechanisms for metal-free carbon-based electrocatalysts, Comput. Mater., 2019, vol. 5, p. 78.
  6. Park, J.-W. and Seo, J., Ultrafine TaOx/CB Oxygen reduction Electrocatalysts Operating in Both Acidic and Alkaline Media, Catalysts, 2022, vol. 12(1), no. 35.
  7. Богдановская, В.А., Кольцова, Е.М., Тарасевич, М.Р., Радина, М.В., Жутаева, Г.В., Кузов, А.В., Гаврилова, Н.Н. Активные и стабильные катализаторы для топливных элементов на основе нанотрубок, модифицированных платиной. Электрохимия. 2016. Т. 52. С. 810. [Bogdanovskaya, V.A., Kol’tsova, E.M., Tarasevich, M.R., Radina, M.V., Zhutaeva, G.V., Kuzov, A.V., and Gavrilova, N.N., Highly Active and Stable Catalysts Based on Nanotubes and Modified Platinum for Fuel Cells, Russ. J. Electrochem., 2016, vol. 52, p. 723.]
  8. Тарасевич, М.Р., Корчагин, О.В. Электрокатализ и рН. Электрохимия. 2013. Т. 49. С. 676. [Tarasevich, M.R. and Korchagin, O.V., Electrocatalysis and pH (a review), Russ. J. Electrochem., 2013, vol. 49, p. 600.]
  9. Shinozak, K., Zack, J.W., Richards, R.M, Pivovar, B.S., and Kocha, S.S., Oxygen Reduction Reaction Measurements on Platinum Electrocatalysts Utilizing Rotating Disk Electrode Technique: I. Impact of Impurities, Measurement Protocols and Applied Corrections, J. Electrochem. Soc., 2015, vol. 162, no.10, p. 162.
  10. Li, L., Hu, L., Li, J., and We, Z., Enhanced stability of Pt nanoparticles electrocatalysts for fuel cells, Nano Res., 2015, vol. 3, p. 418.
  11. Capelo, A., Esteves, M.A., de Sa, A.I., Silva, R.A., Cangueiro, L., Almeida, A., Vilar, R., and Rangel, C.M., Stability and durability under potential cycling of Pt/C catalyst with new surface-functionalized carbon support, Intern. J. Hydrogen Energy, 2016, vol. 41, p. 12962.
  12. Su, L., Jia, W.Z., Li, C.M., and Lei, Y., Mechanisms for enhanced performance of platinum-based electrocatalysts in proton exchange membrane fuel cells, ChemSus Chem., 2014, vol. 7, p. 361.
  13. Timperman, L., Feng, Y.J., Vogel, W., and AlonsoVant, N., Substrate effect on oxygen reduction electrocatalysis, Electrochim. Acta, 2010, vol. 55, p. 7558.
  14. Dubau, L., Castanheira, L., Maillard, F., Chatenet, M., Lottin, O., Maranzana, G., Dillet, J., Lamibrac, A., Perrin, J.C., and Moukheiber, E., A review of PEM fuel cell durability: Materials degradation, local heterogeneities of aging and possible mitigation strategies, WIREs: Energy Environ, 2014, vol. 3, p. 540.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Схема. Схема синтеза кобальтовых комплексов пектата натрия.

Скачать (427KB)
3. Рис. 1. Кривая ЦВА Co(15%)–NaPG в водном растворе 0.5 М H2SO4 с указанием амплитуды пика восстановления кислорода (слева) и хроноамперометрическая кривая при потенциале –0.3 В (справа). Скорость развертки потенциала – 50 мВ/с.

Скачать (254KB)
4. Рис. 2. Кривые линейной вольтамперометрии Co(15%)–NaPG в водном растворе 0.5 М H2SO4, полученные при различных скоростях ВДЭ (слева), и зависимость Коутецкого–Левича для РВК. Скорость развертки потенциала – 50 мВ/с.

Скачать (275KB)
5. Рис. 3. Морфологические характеристики и амплитуды пика восстановления кислорода на кривых ЦВА образцов Co(n%)–NaPG от содержания кобальта (а); ПЭМ- (б) и АСМ- (в) изображения агрегатов Co–NaPG с содержанием кобальта 15% и соответствующая АСМ-изображению топографическая гистограмма (г).


© Российская академия наук, 2024