Протасов Александр
Самарская область, г. Самара
ЧОУ Лицей № 1 "Спутник", 8 класс
СИНТЕЗ КАТАЛИЗАТОРОВ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК И ИЗУЧЕНИЕ ИХ КАТАЛИТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
5
Научные руководители: Харитонова Татьяна Александровна, Самарская область, г. Самара, ЧОУ Лицей №1 "Спутник", учитель химии; Шафигулин Роман Владимирович, Самарская область, г. Самара, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева, доцент кафедры физической химии и хроматографии
4
Ех
Александр Протасов
46
Ех
СИНТЕЗ КАТАЛИЗАТОРОВ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК И ИЗУЧЕНИЕ ИХ КАТАЛИТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
Актуальность
Разработка катализаторов с высокой активностью в реакциях восстановления кислорода (РВК) и стабильностью для замены катализаторов на основе Pt является перспективным направлением на данный момент.
Объект исследования
Углеродные нанотрубки.
Гипотеза
Активность модифицированных углеродных нанотрубок в реакции восстановления кислорода приближается к активности платиновых катализаторов.
Цель проекта
Целью данной работы является синтез катализаторов реакции восстановления кислорода в щелочных средах на основе углеродных нанотрубок.
Задачи
  1. Изучение источников литературы по заданной теме;
  2. Функционализация УНТ ионной жидкостью и серебром;
  3. Снятие электрохимических характеристик и изучение влияния модифицирования на каталитическую активность УНТ.
Активность катализаторов в реакциях восстановления кислорода (РВК) имеет большое значение для топливных элементов. Коммерчески используемые катализаторы для данных процессов представляют собой материалы на основе Pt. Однако такие катализаторы имеют ряд недостатков: высокую стоимость, ограниченный запас соответствующего металла в природе, что сильно ограничивает использование данных катализаторов в той или иной сфере жизни. Таким образом, разработка катализаторов с высокой активностью РВК и стабильностью для замены катализаторов на основе Pt является перспективным направлением на данный момент.

В работе изучено влияние функционализации углеродных нанотрубок (УНТ) на активность катализаторов реакции восстановления кислорода. Показано, что функционализация ионной жидкостью и серебром в сравнении с исходными образцами УНТ приводит к увеличению эффективности как по величине предельного тока iпр, так и по значению начального потенциала Енач реакции восстановления кислорода.

Нанесение серебра на поверхность УНТ значительно улучшает исходные характеристики. Введение в состав катализатора небольших количеств ионной жидкости приводит к дополнительному усилению данного эффекта. Результаты эксперимента показывают положительное влияние ионной жидкости на каталитическую активность УНТ. Обработка ионной жидкостью приводит к увеличению эффективности исходных образцов. Наибольшую каталитическую активность в реакции восстановления кислорода проявляет катализатор, полученный при совместной функционализации ионной жидкостью и серебром.

Таким образом, увеличение активности функционализированных образцов наблюдается в ряду УНТ < УНТ/[BMIM][Br] < УНТ/Ag < УНТ/Ag/[BMIM][Br].
Результаты
В работе изучено влияние функционализации УНТ на активность катализаторов реакции восстановления кислорода. Показано, что функционализация ионной жидкостью и серебром в сравнении с исходными образцами УНТ приводит к увеличению эффективности как по величине предельного тока iпр, так и по значению начального потенциала Енач реакции восстановления кислорода.

Обработка ионной жидкостью вызывает смещение начального потенциала Енач реакции восстановления кислорода в положительную область на 48,50 мВ. Введение серебра позволяет сместить начальный потенциал относительно исходных УНТ на 68,37 мВ. Совместное влияние серебра и ионной жидкости позволило получить следующие электрохимические характеристики: Енач = -136,88 мВ, iпр = 1585 мкА/см2. Смещение потенциала Е в данном случае составляет 86,87 мВ. Данная зависимость так же наблюдается в увеличении величины предельного тока iпр для образцов УНТ/Ag и УНТ/Ag/[BMIM][Br].

Таким образом, увеличение активности функционализированных образцов наблюдается в ряду УНТ < УНТ/[BMIM][Br] < УНТ/Ag < УНТ/Ag/[BMIM][Br].

Нанесение серебра на поверхность УНТ значительно улучшает исходные характеристики. Введение в состав катализатора небольших количеств ионной жидкости приводит к дополнительному усилению данного эффекта. Результаты эксперимента показывают положительное влияние ионной жидкости на каталитическую активность УНТ. Обработка ионной жидкостью приводит к увеличению эффективности исходных образцов. Наибольшую каталитическую активность в реакции восстановления кислорода проявляет катализатор, полученный при совместной функционализации ионной жидкостью и серебром.
Перспективы развития
В основе работы топливных элементов лежит реакция восстановления кислорода. При ее протекании в результате электрохимического восстановления молекулярного кислорода и окисления водорода генерируется электричество, а единственным побочным продуктом является вода, что свидетельствует об экологичности процесса. Для достижения нужного рабочего ресурса топливными элементами требуется использование катализаторов на основе металлов платиновой группы, однако использование Pt неизбежно препятствует широкому применению и коммерциализации данных каталитических систем в связи с дефицитом и дороговизной этого металла.

Для реализации широкого применения новых технологий преобразования энергии могут быть использованы углеродные нанотрубки, выступая доступным материалом для создания эффективного и недорогого электрокатализатора. Характеристики углеродных материалов напрямую связаны с делокализованной электронной подсистемой, за счет чего любое модифицирование существенно влияет на свойства исходной структуры. Таким образом, благодаря правильному подбору примеси возможно управлять электронными свойствами данного типа катализаторов и, тем самым, улучшать их характеристики.
Расписание работы автора проекта
15 апреля, пт
Диалог с экспертами
Ответы на вопросы
10:00
10:20

11:35 - 11:45

Шаповалова О.В.
Алексанян Д.Р.
15 апреля, пт
10:40
11:00
11:20
Алексанян К.Г.
Лысенков А.С.
Дюбанов М.В.
.

Задайте вопрос автору проекта
Обязанность отвечать на заданные вопросы остается полностью на участнике. Организаторы форума не несут ответственности за сроки получения ответа.
Заполняя данную форму Вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности сайта.
Пообщайтесь с автором в режиме реального времени
Вы можете посмотреть диалог с экспертом и задать вопросы автору в форме вебинара.
Расписание сессий приведено выше