Ионно-лучевое формирование активной поверхности электрокатализаторов для топливных элементов прямого окисления метанола и этанола

Abstract

Представлены результаты исследований морфологии, состава и свойств слоев, формируемых на специальных углеродных подложках Toray Carbon Fiber Paper TGP-H-060 Т и AVCarb® Carbon Fiber Paper Р50 с применением ионно-ассистируемого осаждения (IBAD) платины и редкоземельных металлов. Формирование слоев проведено в режиме IBAD, при котором осаждение металла и перемешивание осаждаемого слоя с атомами поверхности подложки ускоренными (U = 5 кВ) ионами того же металла осуществляются соответственно из нейтральной фракции пара и плазмы вакуумного дугового разряда импульсного электродугового ионного источника. Исследование слоев проведено методами сканирующей электронной микроскопии и электронно-зондового микроанализа, рентгеновского флуоресцентного анализа и спектрометрии резерфордовского обратного рассеяния. В состав слоев входят атомы осаждаемых металлов, материала подложек, а также примеси кислорода. Свойства электрокатализаторов с сформированными поверхностными слоями исследованы с применением циклической вольтамперометрии. Установлено, что получаемые электрокатализаторы проявляют активность в реакциях окисления метанола и этанола, лежащих в основе принципа действия низкотемпературных топливных элементов DMFC и DEFC – перспективных химических источников тока = The work presents result of research of morphology, composition and catalytic activity of layers prepared on carbon catalyst carriers Toray Carbon Fiber Paper TGP-H-060 Т and AVCarb® Carbon Fiber Paper by ion beam assisted deposition (IBAD) of platinum and rare earths metals. Formation of layers in IBAD mode, by means of the deposition of metal and mixing of precipitating layer with the substrate by accelerated (U = 5 kV) ions of the same metal, was carried out. In this process, a neutral fraction of metal vapor and ionized plasma of vacuum pulsed electric arc were used. The study of morphology and composition of the layers was performed by scanning electron microscopy and electron probe microanalysis, X-ray fluorescence analysis and Rutherford backscattering spectrometry. The composition of the layers includes the atoms of the deposited metals, the substrate material, and also the impurities of oxygen. Properties of the prepared electrocatalysts were investigated by cyclic voltammetry. It was established that the prepared electrocatalysts show activity in the processes of electrochemical oxidation of methanol and ethanol, which under-lie the principle of the action of low-temperature fuel cells DMFC and DEFC - promising chemical sources of current