| Название: | Исследование влияния сильных электрических полей на свойства металлических нанокатализаторов реакции восстановления кислорода и разработка структур катодных каталитических слоев твердополимерных топливных элементов с удельной загрузкой платины менее 0,1 г/кВт |
| Грантодатель: | РФФИ |
| Область знаний: | 26 ориентированные фундаментальные исследования |
| Научная дисциплина: | 26-404 Материалы для электрохимической энергетики |
| Тип: | исследовательский |
| Руководитель(и): | Гуревич,СА |
| Подразделения: | |
| Код проекта: | 14-29-04050 |
| Исполнители: |
Томасов,АА: лаб. неравновесных процессов в полупроводниках (Алешина,АН)
Ильющенков,ДС: лаб. полупроводниковой квантовой электроники (Гуревича,СА)
Явсин,ДА: лаб. полупроводниковой квантовой электроники (Гуревича,СА)
Кожевин,ВМ: лаб. полупроводниковой квантовой электроники (Гуревича,СА)
Горохов,МВ: лаб. полупроводниковой квантовой электроники (Гуревича,СА)
Глебова,НВ: лаб. мощных полупроводниковых приборов (Векслера,МИ)
Краснова,АО: лаб. мощных полупроводниковых приборов (Векслера,МИ)
Зеленина,НК: лаб. неравновесных процессов в полупроводниках (Алешина,АН)
Нечитайлов,АА: лаб. мощных полупроводниковых приборов (Векслера,МИ)
|
Проект направлен на решение проблемы увеличения эффективности катализаторов реакции восстановления кислорода, протекающей на катоде твердополимерных топливных элементов (ТПТЭ). Разработка новых катализаторов этой реакции, обладающих повышенной активностью при меньшем содержании драгоценных металлов, или содержащих только дешевые и распространенные металлы, рассматривается как важнейшая проблема, решение которой позволит повысить эффективность ТПТЭ, снизить их стоимость, обеспечит широкое внедрение этих источников в различных областях техники и, в конечном счете, позволит решить ряд глобальных проблем энергетики и экологии.
Основная задача проекта состоит в разработке новых катализаторов на основе металлических наночастиц на проводящем носителе, высокая активность которых в реакции восстановления кислорода достигается за счет использования эффекта сильных электрических полей, возникающих в результате переноса зарядов в системе частицы - носитель. Перенос зарядов может происходить путем туннелирования электронов как между частицами, так и между частицами и носителем, при этом напряженность электрического поля на поверхности заряженных наночастиц может достигать величины порядка 107 В/см. Возможность постановки эксперимента по влиянию электрических полей на протекание реакции восстановления кислорода основана на использовании разработанного авторами проекта оригинального метода лазерного электродиспергирования, позволяющего получать монодисперсные аморфные металлические наночастицы. Получаемые этим методом наночастицы Pt размером 2 нм, будут наноситься на поверхность проводящих носителей (углеродные гранулы, оксиды металлов) с различной плотностью. В экспериментах будет изучаться зависимость удельной активности катализатора от плотности наночастиц на носителе, при этом эффект влияния электрических полей на активность катализатора будет выявлен благодаря независимости размеров наночастиц Pt от их плотности – отличительному свойству метода лазерного электродиспергирования. Предполагается, что путем оптимизации структуры катализатора и носителя, направленных на максимальное использование эффектов поля, будет достигнуто существенное увеличение скорости реакции восстановления кислорода. Предполагается также получить прямое экспериментальное подтверждение наличия заряженных наночастиц и, соответственно, сильных электрических полей в исследуемых структурах катализаторов. Экспериментальные исследования зарядового состояния наночастиц Pt будут проводиться с использованием методики Кельвин-зонд микроскопии. В теоретической части работы будет проведен анализ процессов заряжения металлических наночастиц на поверхности проводящего носителя с учетом эффектов экранирования, а также с учетом поправок к работе выхода, обусловленных малым размером частиц
