Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Проект направлен на поиск оптимального состава и структуры триметаллических PtCuAu наночастиц нанесенных на высокодисперсный углеродный носитель с целью создания высокоэффективных материалов для низкотемпературных топливных элементов. На сегодняшний день проблема получения высокоэффективных катализаторов с пониженным содержанием платины, высокой удельной активностью и повышенным ресурсом работы является актуальной для создания конкурентоспособных электрохимических источников тока. Было показано, что легирование золотом биметаллических PtCu наночастиц способно повысить удельные характеристики катализаторов и такие системы перспективны для использования в качестве катализаторов реакции электроокисления метанола. Получены триметаллические PtCuAu наночастицы с различной архитектурой, содержащие атомы золота либо в ядре наночастицы, либо на ее поверхности. По результатам исследования структуры и функциональных свойств PtCuAu наночастиц с различной архитектурой было установлено, что наиболее высокими удельными характеристиками обладают материалы содержащие атомы золота на поверхности НЧ. В качестве метода получения PtCuAu/С материалов был апробирован метод гальванического замещения, который показал ряд преимуществ, по сравнению с методом восстановления прекурсоров в жидкой фазе. Проведено исследование влияния количества золота, легирующего PtCu наночастицы методом гальванического замещения на поверхности наночастиц на структурные характеристики PtCuAu/C катализаторов и их активность в реакции восстановления кислорода и электроокисления метанола. Установлено, что введение 5% ат. Au в состав наночастиц повышает активность в реакции окисления метанола в 2 раза и в реакции восстановления кислорода в 1,7 раз, по сравнению с коммерческим Pt/C материалом JM40. Данное исследование показывает перспективность многокомпонентных платиносодержащих наночастиц нанесенных на высокодисперсный углеродный материал, содержащих атомы золота на поверхности наночастиц, как эффективных катализаторов для использования в метанольных топливных элементах.

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Проект направлен на поиск оптимального состава и структуры триметаллических PtCuAu наночастиц нанесенных на высокодисперсный углеродный носитель с целью создания высокоэффективных материалов для низкотемпературных топливных элементов. По результатам первого года выполнения проекта нами были получены PtCuAu/C катализаторы с различной архитектурой наночастиц и показано, что катализаторы содержащие атомы золота на поверхности наночастиц являются наиболее перспективными материалами для дальнейшего исследования, а оптимальное с точки зрения высокой каталитической активности в реакции окисления метанола количество золота в триметаллических наночастицах составляет 5 атомных процента. Дальнейшая работа была направлена на систематическое изучение активности PtCu/C и PtCuAu/C материалов в реакции восстановления кислорода; изучения влияния постобработки выбранных катализаторов на их структуру и каталитическую активность, а также их структуру и стабильности по результатам стресс-тестирования. По результатам оценки каталитической активности PtCu/C и PtCuAu/C материалов c различной архитектурой наночастиц в реакции электровосстановления кислорода (РВК) методом циклической вольтамперометрии на вращающемся дисковом электроде было показано, что при легировании биметаллических PtCu наночастиц атомами золота удельная активность материалов в РВК немонотонно зависит от количества введённого золота, оптимальное содержание атомов Au составляет 5% ат. Определения числа электронов (n) для реакции восстановления кислорода, по уравнению Коутецкого-Левича, на Pt/C, PtCu/C и PtCuAu/C материалах с содержанием Au до 10% ат. близко к 4, а при увеличении содержания золота до 20% ат. величина n резко снижается до 2, что показывает значительный вклад побочной реакции с образованием перекиси водорода. Установлено, что термическая обработка PtxCuyAuz/C-катализаторов приводит к снижению величины ЭХАП, однако для PtCuAu/C-материала уменьшение величины ЭХАП выражено в большей степени, что для данного материала согласуется с наибольшим ростом размера наночастиц – до 13 нм. Таким образом, с точки зрения стабильности материалов к термической обработке метод гальванического замещения для синтеза PtxCuyAuz/C-материалов предпочтительнее по сравнению с одновременным восстановлением прекурсоров. Сопоставление активности в реакции окисления метанола полученных PtxCuyAuz/C-катализаторов как методом ЦВА, так и потенциостатических измерений показывает, что, несмотря на меньшую величину ЭХАП, (PtCu)PtAu-материал, полученный методом гальванического замещения, демонстрирует наибольшую активность среди изученных материалов. Кроме того, данный материал демонстрирует высокую активность и наибольшую стабильность к промежуточным продуктам окисления метанола после термической обработки. Проведенное исследование активности PtCu/C и PtCuAu/C катализаторов c различной архитектурой наночастиц продемонстрировало перспективность использования в ряде случаев таких катализаторов для электроокисления спиртов не только в кислой, но и в щелочной среде. По результатам изучение стабильности PtCu/C и PtCuAu/C катализаторов установлено, что (PtCu)PtAu/С материал, полученный гальваническим замещением атомов меди на поверхности наночастиц атомами золота, продемонстрировал наибольшую каталитическую активность среди изученных PtCu/C и PtCuAu/C материалов с различной архитектурой наночастиц как до, так и после стресс тестирования. Таким образом, (PtCu)PtAu/С катализатор был выбран как материал обладающий наибольшей коррозионно-морфологической стабильностью в процессе эксплуатации. Таким образом легирование золотом биметаллических наночастиц повышает их активность в РОМ, коррозионно-морфологическую стабильность и устойчивость к отравлению промежуточными продуктами окисления метанола. Данное исследование демонстрирует перспективность PtCuAu/C материалов, с различной структурой, как эффективных катализаторов для использования в метанольных топливных элементах.