Химико-технологический подход к созданию нановорсистых (ультрадисперсных) каталитически активных материалов

Цели. Каталитически активные материалы остаются востребованными в различных химико-технологических процессах, поэтому актуальными являются исследования, направленные на поиск новых эффективных материалов и оригинальных путей их получения. Настоящая работа посвящена созданию ленточных каталитических, в том числе электродных материалов, эффективность которых увеличена за счет нанорифления поверхности.

Методы. Методом высоковольтной анодной обработки на поверхности алюминиевой фольги формировалось нанорифление. Эффективный каталитически активный материал получали как никелевую реплику с металлической алюминиевой ленты. Для определения состояния поверхности алюминия использовали сканирующий электронный микроскоп Hitachi-SU8200 (Япония), для элементного анализа состава поверхности – обратную рентгеновскую фотоэлектронную микроскопию.

Результаты. Полученный нановорсистый никелевый материал превосходит по каталитической активности гладкий никель при окислении метанола в 70–150 раз.

Выводы. Продемонстрирована возможность использования в качестве темплатной матрицы для создания эффективных нановорсистых никелевых ленточных катализаторов, в том числе электродов, не алюминий-оксидной (как предлагалось ранее), а металлической части алюминиевой фольги, подвергнутой высоковольтному анодированию. 

1. Roslyakov I.V., Kolesnik I.V., Levina E.E., Katorova N.S., Pestrikov P.P., Kardash T.Yu., Solovyov L.A., Napolskii K.S. Annealing induced structural and phase transitions in anodic aluminum oxide prepared in oxalic acid electrolyte. Surf. Coat. Technol. 2020;381:125159. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2019.125159

2. Goncharova A.S., Napolskii K.S., Skryabina O.V., Stolyarov V.S., Levin E.E., Egorov S.V., Eliseev A.A., Kasumov Y.A., Ryazanov V.V., Tsirlina G.A. Bismuth nanowires: electrochemical fabrication, structural features, and transport properties. Phys. Chem. Chem. Phys. 2020;22(26):14953–14964. https://doi.org/10.1039/D0CP01111H

3. Aslam S., Das A., Khanna M., Kuanr B. Concentration gradient Co-Fe nanowire arrays: Microstructure to magnetic characterizations. J. Alloys Compd. 2020;838:155566. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.155566

4. Li J., Wei H., Zhao K., Wang M., Chen D., Chen M. Effect of anodizing temperature and organic acid addition on the structure and corrosion resistance of anodic aluminum oxide films. Thin Solid Films. 2020;713:138359. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2020.138359

5. Chumnanwat S., Watanabe Y., Taniguchi N., Higashi H., Kodama A., Seto T., Otani Y., Kumita M. Pore structure control of anodized alumina film and sorption properties of water vapor on CaCl2 -aluminum composites. Energy. 2020;208:118370. https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.118370

6. Noormohammadi M., Arani Z.S., Ramazani A., Kashi M.A., Abbasimofrad S. Super-fast fabrication of selfordered nanoporous anodic alumina membranes by ultra-hard anodization. Electrochim. Acta. 2020;354:136766. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2020.136766

7. Kawai S., Ueda R. Magnetic Properties of Anodic Oxide Coatings on Aluminum Containing Electrodeposited Co and Co-Ni. J. Electrochem. Soc. 1975;122(1):32–36. https://doi.org/10.1149/1.2134152

8. Shiraki M., Wakui Y., Tokushima T., Tsuya N. Perpendicular magnetic media by anodic oxidation method and their recording characteristics. IEEE Trans. Magn. 1985;21(5):1465–1467. https://doi.org/10.1109/TMAG.1985.1064078

9. Saito M., Kirihara M., Taniguchi T., Miyagi M. Micropolarizer made of the anodized alumina film. Appl. Phys. Lett. 1989;55(7):607–609. https://doi.org/10.1063/1.101572

10. Miller C.J., Majda M. Microporous aluminum oxide films at electrodes. J. Am. Chem. Soc. 1985;107(5):1419–1420. https://doi.org/10.1021/ja00291a056

11. Tierney M.J., Martin C.R. New Electrorelease Systems Based on Microporous Membranes. J. Electrochem. Soc. 1990;137(12):3789–3792. https://doi.org/10.1149/1.2086302

12. Yoshino T., Baba N. Electrochromism of Oxalatotungstate(V) Complexes Chemically Deposited onto Micropores of Anodic Oxide Films on Aluminum. Nippon Kagaku Kaishi. 1983;1983(6):955–957. https://doi.org/10.1246/nikkashi.1983.955

13. Mizuki I., Yamamoto Y., Yoshino T., Baba N. Electrochemical Incorporation of Electroluminescent Mn Activator into Porous Anodic Al2 O3 Films on Al. J. Met. Surf. Finish. Soc. Japan. 1987;38(12):561–563. https://doi.org/10.4139/sfj1950.38.561

14. Pashchanka M., Schneider J.J. Origin of selforganisation in porous anodic alumina films derived from analogy with Rayleigh–Bénard convection cells. J. Mater. Chem. 2011;21(46):18761–18767. https://doi.org/10.1039/C1JM13898G

15. Keller F., Hunter M.S., Robinson D.L. Structural Features of Oxide Coatings on Aluminum. J. Electrochem. Soc. 1953;100(9):411. https://doi.org/10.1149/1.2781142

16. Yashtulov N.A., Lebedeva M.V., Patrikeev L.N., Zaitcev N.K. New polymer-graphene nanocomposite electrodes with platinum-palladium nanoparticles for chemical power sources. Express Polym. Lett. 2019;13(8):739–748. https://doi.org/10.3144/expresspolymlett.2019.62

17. Яштулов Н.А., Лебедева М.В., Рагуткин А.В., Зайцев Н.К. Электродные материалы на основе пористого кремния с наночастицами платины для химических источников тока. Журн. прикл. химии. 2018;91(2):232–237.

18. Яштулов Н.А., Патрикеев Л.Н., Зенченко В.О., Лебедева М.В., Зайцев Н.К., Флид В.Р. Нанокатализаторы палладий-платина-пористый кремний для топливных элементов с прямым окислением муравьиной кислоты. Российские нанотехнологии. 2016;11(9–10):45–50.

19. Thompson G.E., Furneaux R.C., Wood G.C., Richardson J.A., Gode J.S. Nucleation and Growth of Porous Anodic Films on Aluminum. Nature. 1978;272(5652):433–435. https://doi.org/10.1038/272433a0

20. Wu J., Li Z, Li Z., Li S., Shen I., Hu X., Ling Z. Ultra-slow growth rate: Accurate control of the thickness of porous anodic aluminum oxide films. Electrochem. Commun. 2019;109:106602. https://doi.org/10.1016/j.elecom.2019.106602

21. Mishra P., Heberet K.R. Self-organization of anodic aluminum oxide layers by a flow mechanism. Electrochim. Acta. 2020;340:135879. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2020.135879