Заключение

Анализ научных публикаций последних лет явно свидетельствует, что при создании эффективного катодного катализатора ТЭТПЭ, нельзя фокусироваться отдельно на каталитических свойствах активного компонента, либо устойчивости катализатора, либо транспортных свойствах углеродного носителя и каталитического слоя, а необходимо рассматривать проблему комплексно. В последнее время заметную популярность получили исследования, направленные на создание неблагородных катодных катализаторов РВК на основе таких металлов как Fe, Co и др. модифицированных полианилином (и другими азот-содержащими соединениями) и прокалённые при относительно высоких температурах (выше 700 ^оС) (ссылка и проверь!). Однако, как показывают последние исследования, такие системы проявляют недостаточно высокую активность и, что наиболее важно, чрезвычайно нестабильны. В целом, по нашему мнению, присутствие неблагородных металлов на катоде ТЭТПЭ является нежелательным фактором, приводящим к повышенной деградации не только катодного катализатора, но и дорогостоящей мембраны. С другой стороны, направленное создание платиновых наноструктур с повышенной дефектностью может дать аналогичный выигрыш в каталитической активности при сохранении повышенной устойчивости к анодным поляризациям. В связи с этим, мы предполагаем, что ключ к созданию стабильных и высокоэффективных катодных катализаторов лежит в комбинации подходов, описанных в разделах 2 и 3 настоящего обзора, то есть оптимизации текстуры углеродного носителя и наноструктуры платиновых частиц.

Список цитируемой Литературы

1 Здесь и далее все потенциалы приведены относительно обратимого водородного электрода (ОВЭ)

2 Объяснить что такое «степень использования катализатора» в сноске

1. Vielstich W, Lamm A, Gasteiger HA (eds). Handbook of fuel cells. Fundamentals, technology and applications. Wiley, Chichester, 2003

2. H.A. Gasteiger et al. Activity benchmarks and requirements for Pt, Pt-alloy, and non-Pt oxygen reduction catalysts for PEMFCs// Applied Catalysis B: Environmental. 2005. № 56, p 9–35

3. L. Dubau et al. Further insights into the durability of Pt₃Co/C electrocatalysts: Formation of “hollow” Pt nanoparticles induced by the Kirkendall effect// Electrochimica Acta. 2011 № 56, p 10658– 10667

4. Christopher E. Carlton et al. Sub-Nanometer-Resolution Elemental Mapping of “Pt3Co” Nanoparticle Catalyst Degradation in Proton-Exchange Membrane Fuel Cells// J. Phys. Chem.Lett. 2012. №3, p 161−166

5. Vojislav R. Stamenkovic et al. Effect of Surface Composition on Electronic Structure, Stability, and Electrocatalytic Properties of Pt-Transition Metal Alloys: Pt-Skin versus Pt-Skeleton Surfaces// JACS. 2006. № 128, p 8813-8819

6. T. Toda, H. Igarashi, H. Uchida, M. Watanabe. Enhancement of the Electroreduction of Oxygen on Pt Alloys with Fe, Ni, and Co // J. Electrochem. Soc. 1999. №146, p 3750-3756

7. Gustavo E. Ramirez-Caballero, Perla B. Balbuena. Surface segregation of core atoms in core–shell structures// Chem. Phys. Lett. 2008 № 456, p 64-67

8. L. Dubau et al. Nanoscale compositional changes and modification of the surface reactivity of Pt3Co/C nanoparticles during proton-exchange membrane fuel cell operation// Electrochimica Acta. 2010. №56, p 776-783

9. L. Dubau et al. Durability of Pt₃Co/C Cathodes in a 16 Cell PEMFC Stack: Macro/Microstructural Changes and Degradation Mechanisms// J. Electrochem. Soc. 2010. № 157, p B1887-B1895

10. F. Maillard et al. Durability of Pt3Co/C nanoparticles in a proton-exchange membrane fuel cell: Direct evidence of bulk Co segregation to the surface// Electrochemistry Communications. 2010. №12, p 1161-1164

11. Chen, S.; Gasteiger, H. A.; Hayakawa, K.; Tada, T.; Shao-Horn, Y. Platinum-Alloy Cathode Catalyst Degradation in Proton Exchange Membrane Fuel Cells: Nanometer-Scale Compositional and Morphological Changes// J. Electrochem. Soc. 2010. № 157, p A82−A97.

12. K.J.J. Mayrhofer et al. Measurement of oxygen reduction activities via the rotating disc electrode method: From Pt model surfaces to carbon-supported high surface area catalysts// Electrochimica Acta. 2008. № 53, p 3181-3188

13. J. Kaiser et al. Influence of carbon support on the performance of platinum based oxygen reduction catalysts in a polymer electrolyte fuel cell// J. Appl. Electrochem. 2007. № 37, p 1429–1437

14. H.-F. Cui et al. Electrocatalytic reduction of oxygen by a platinum nanoparticle/carbon nanotube composite electrode // Journal of Electroanalytical Chemistry. 2005. № 577, p 295-302

15. Carol A. Bessel et al. Graphite Nanofibers as an Electrode for Fuel Cell Applications // J. Phys. Chem. B. 2001. № 6, p 1115-1118

16. Joo SH, Choi SJ, Oh I, Kwak J, Liu Z, Terasaki O, Ryoo R. Ordered nanoporous arrays of carbon supporting high dispersions of platinum nanoparticles. // Nature. 2001. № 412, p 169-172

17. Jie Ding et al. Platinum and platinum–ruthenium nanoparticles supported on ordered mesoporous carbon and their electrocatalytic performance for fuel cell reactions // Electrochimica Acta. 2005. № 50, p 3131-3141

18. Yermakov Yu.I., Startsev A.N., Shkuropat S.A., Plaksin G.V. et al. Carbon-supported sulfide bimetallic catalysts for hydrodesulfurization // React. Kinet. Catal. Lett. 1988. №1, p 65-70.

19. O.V. Cherstiouk, A.N. Simonov, N.S. Moseva, S.V. Cherepanova, P.A. Simonov, V.I. Zaikovskii, E.R. Savinova. Microstructure effects on the electrochemical corrosion of carbon materials and carbon-supported Pt catalysts // Electrochimica Acta. 2010. Vol. 55, p 8453-8460

20. U.A. Paulus et al. Oxygen reduction on a high-surface area Pt:Vulcan carbon catalyst: a thin-film rotating ring-disk electrode study // Journal of Electroanalytical Chemistry. 2001. № 495, p 134-145

21. N. P. Lebedeva et al. Sibunit Carbon-Based Cathodes for Proton-Exchange-Membrane Fuel Cells // FUEL CELLS. 2009. № 4, p 439-452

22. Б. Б. Дамаскин, О. А. Петрий, Г. А. Цирлина, Электрохимия, Москва, 2006.

23. N. Wakabayashi et al. Temperature-dependence of oxygen reduction activity at a platinum electrode in an acidic electrolyte solution investigated with a channel flow double electrode // Journal of Electroanalytical Chemistry. 2005. № 574, p 339–346

24. Г. К. Боресков, Гетерогенный катализ, Наука, Москва, 1986г.

25. D. Thompsett, Pt alloys as oxygen reduction catalysts, in: W. Vielstich, H. Gasteiger, A. Lamm (Eds.), Handbook of Fuel Cells – Fundamentals, Technology and Applications, vol. 3, Wiley, Chichester, UK, 2003, p. 467 (Chapter 37).

26. Minhua Shao, Amra Peles, Krista Shoemaker. Electrocatalysis on Platinum Nanoparticles: Particle Size Effect on Oxygen Reduction Reaction Activity. // Nano Lett.. 2011. № 11, p 3714–3719

27. Y. Bing, H. Liu, L. Zhang, D. Ghosh, J. Zhang. Nanostructured Pt-alloy electrocatalysts for PEM fuel cell oxygen reduction reaction // Chem. Soc. Rev. 2010. № 39, p 2184–2202

28. U.A. Paulus et al. Oxygen reduction on a high-surface area Pt:Vulcan carbon catalyst: a thin-film rotating ring-disk electrode study // Journal of Electroanalytical Chemistry. 2001. № 495, p 134–145

29. K. Kinoshita, Electrochemical Oxygen Technology, John Wiley & Sons, New Vork, 1992

30. Nenad Markovic, Hubert Gasteiger, Philip N. Ross. Kinetics of Oxygen Reduction on Pt(hkl) Electrodes: Implications for the Crystallite Size Effect with Supported Pt Electrocatalysts // J. Electrochem. Soc. 1997. № 5, p 1591-1597

31. S.V. Tsybulya et al. Study of the Real Structure of Silver Supported Catalysts of Different Dispersity. // Journal of Catalysis. 1995. № 154, p 194-200

32. Alexei N. Gavrilov, Elena R. Savinova. On the influence of the metal loading on the structure of carbon-supported PtRu catalysts and their electrocatalytic activities in CO and methanol electrooxidation. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2007. № 9, p 5476–5489

33. O.V. Cherstiouk et al. Influence of structural defects on the electrocatalytic activity of platinum. // J. Solid State Electrochem. 2008. № 12, p 497–509.

34 O. V. Cherstiouk et al., E.Acta 48 (2003) 3851

35 K.J.J. Mayrhofer et al., E.Acta 54 (2009) 5018

36 E.E. Said-Galiyev et al., JSSE 15 (2011) 623

37 J.M. Sieben, Mat. Chem. Phys. 128 (2011) 243

38 G. Wang et al., Int. J. Hydrogen Energy 36 (2011) 3322

39. J.M. Sieben et al., JSSE 14 (2010) 1555

40. F. Gloaguen et al. Platinum electrodeposition on graphite: electrochemical study and STM imaging. // Electrochimica Acta. 1999. № 44, p 1805-1816

41. O.V. Cherstiouk et al. Platinum electrodeposits on glassy carbon: the formation mechanism, morphology, and adsorption properties. // Russ J Electrochem. 2000. № 36, p 741-751

42. L.M. Plyasova et al. Electrodeposited platinum revisited: Tuning nanostructure via the deposition potential. // Electrochimica Acta. 2006. № 51, p 4477–4488

25