Metal-polymer platinum nanocomposites for electrochemical conversion of hydrogen fuels in chemical power sources

For polymer Nafion films production containing Pt nanocomposites it was used the influence of gamma radiation 60Co. The platinum nanoparticles were synthesized by the method of radiation-chemical reduction of ions in reverse micelle solutions for subsequent Nafion films modification. It was demonstrated the effect of synthesis conditions, the degree of solubilization and nanoparticle sizes on the catalytic activity of Pt/Nafion nanocomposites. It was shown that the catalytic activity of metal-polymer nanocomposites increase with platinum nanoparticle size decreasing. Functional characteristics of nanocomposites were investigated by cyclic voltammetry and scanning electron microscopy methods. Created nano-catalysts showed high catalytic activity in the oxygen reduction and hydrogen oxidation reactions.

metal polymer Nafion films, platinum nanocomposites, gamma radiation, conversion of hydrogencontaining fuels, optimal dose, electrocatalytic activity.

1. Ярославцев А.Б., Добровольский Ю.А., Шаглаева Н.С., Фролова Л.А., Герасимова Е.В., Сангинов Е.А. Наноструктурированные материалы для низкотемпературных топливных элементов // Успехи химии. 2012. Т. 81. № 3. С. 191-220.

2. Нечитайлов А.А., Глебова Н.В., Томасов А.А., Зеленина Н.К., Гуревич С.А., Кожевин В.М., Явсин Д.А. Воздушно-водородные топливные элементы с эффективным электрокатализом // Альтернативная энергетика и экология. 2012. № 5-6. С. 17-21.

3. Battirola L.C., Schneider J.F., Torriani I.C.L., Tremiliosi-Filho G. Improvement on direct ethanol fuel cell performance by using doped-Nafion 117 membranes with Pt and Pt-Ru nanoparticles // Int. J. Hydrogen Energy. 2013. V. 38. P. 12060-12068.

4. Rojas J.V., Castano C.H. Production of palladium nanoparticles supported on multiwalled carbon nanotubes by gamma irradiation // Rad. Phys. & Chem. 2012. V. 81. P. 16-21.

5. Liu Z., Tian Z.Q., Jiang S.P. Synthesis and characterization of Nafion-stabilized Pt nanoparticles for polymer electrolyte fuel cells // Electrochim. Acta. 2006. V. 52. № 3. Р. 1213-1220.

6. Яштулов Н.А., Ревина А.А., Лебедева М.В., Флид В.Р. Каталитическая активность металло-полимерных нанокомпозитов палладия в реакциях восстановления кислорода и окисления водорода // Кинетика и катализ. 2013. Т. 55. № 3. C. 336-339.

7. Яштулов Н.А., Большакова А.Н., Ревина А.А., Флид В.Р. Металлополимерные нанокомпо-зиты на основе наночастиц платины для химических источников тока // Изв. РАН. Сер. хим. 2011. Т. 60. № 8. С. 1557-1561.

8. Zhang X., Yea Y., Wang H., Yao S. Deposition of platinum-ruthenium nanoparticles on multi-walled carbon nano-tubes studied by gamma-irradiation // Rad. Phys. & Chem. 2010. V. 79. P. 1058-1062.

9. Яштулов Н.А., Флид В.Р. Особенности окисления муравьиной кислоты в присутствии нанокомпозитов пористого кремния с палладием // Изв. РАН. Сер. хим. 2013. Т. 60. № 6. С. 1332-1337.

10. Яштулов Н.А., Гаврин С.С., Танасюк Д.А., Ермаков В.И., Ревина А.А. Синтез и контроль размеров наночастиц палладия в жидкой фазе и в адсорбированном состоянии // Журн. неорган. химии. 2010. Т. 55. № 2. С. 180-184.

11. Sahu A.K., Pitchumani S., Sridhar P., Shukla A.K. Nafion and modified-Nafion membranes for polymer electrolyte fuel cells: An overview // Bull. Mater. Sci. 2009. V. 32. № 3. Р. 285-294.

12. Chabia S., Kheirmand M. Electrocatalysis of oxygen reduction reaction on Nafion/platinum/gas diffusion layer electrode for PEM fuel cell // Appl. Surface Sci. 2011. V. № 24. P. 10408-10413.

13. Wakizoe M., Velev O.A., Srinivasan S. Analysis of proton exchange membrane fuel cell performance with alternate membranes // Electrochim. Acta. 1995. V. 40. № 3. P. 335-344.

14. Zhou X.C., Xing W., Liu C.P., Lu T.H. Platinum-macrocycle co-catalyst for electro-oxidation of formic acid // Electrochem. Commun. 2007. V. 9. P. 1469-1473.

15. Liu W., Xie Y., Liu J., Jie X., Gu J., Zou Z. Experimental study of proton exchange membrane fuel cells using Nafion 212 and Nafion 211 for portable application at ambient pressure and temperature conditions // Int. J. Hydrogen Energy. 2012. V. 37. P. 4673-4677.

16. Ahmeda M., Attarda G.A., Wright E., Sharman J. Methanol and formic acid electrooxidation on Nafion modified Pd/Pt{1 1 1}: The role of anion specific adsorption in electrocatalytic activity // Catalysis Today. 2013. V. 202. P. 128-134.