Исследование, проведенное в сотрудничестве с исследовательской группой по технической электрохимии профессора доктора Хуберта Гастайгера из Технического университета Мюнхена (кафедра химии), недавно было опубликовано в ACS Catalysis.Исследование палладияВ топливных элементах с протонообменной мембраной (PEMFC) электроны генерируются посредством электрохимического окисления водорода, таким образом производя электроэнергию для привода электромобиля или обеспечения электричеством промышленности или домашнего хозяйства. Самыми известными в настоящее время электрокатализаторами для этой реакции окисления, генерирующей электроны, являются так называемые металлы платиновой группы, причем сама платина является наиболее активным катализатором.
Палладий представляет собой интересную альтернативу платине, поскольку он лишь немного менее активен, но более доступен и менее дорог. Однако на практике активность палладия снижается при высоких анодных потенциалах. До сих пор это объяснялось изменением его каталитических свойств, главным образом разложением гидрида в объеме материала и образованием оксида на поверхности.Однако эти объяснения спорны, так как они основаны на лабораторных экспериментах при комнатной температуре.
Типичные условия эксплуатации низкотемпературного PEMFC включают температуру до 80 ° C. Как для фундаментального понимания характеристик, так и для разработки катализаторов на основе не Pt важно охарактеризовать катализатор в реальных условиях реакции.Улучшенная экспериментальная установкаНынешнее исследовательское сотрудничество Амстердама и Мюнхена устраняет разрыв между электрохимическими исследованиями жидких электролитов при комнатной температуре и реально действующими топливными элементами при 80 ° C. В ACS Catalysis исследователи представляют электрохимические изотермы поглощения водорода Pd-катализатором в зависимости от приложенного потенциала, температуры и реакционной атмосферы.
Они были получены с помощью нового, улучшенного электрохимического топливного элемента для рентгеновской абсорбционной спектроскопии (XAS), позволяющего исследовать электроды PEMFC во время работы (операндо-спектроскопия). Исследования проводились на канале BM30B / FAME Европейского центра синхротронного излучения в Гренобле.
Поддерживается гидридная фазаОперативно-спектральная характеристика во время окисления водорода недвусмысленно демонстрирует, что гидридная фаза сохраняется в практических условиях эксплуатации анода топливного элемента, даже при высоких анодных потенциалах. Переход от гидридного к металлическому состоянию, ранее наблюдавшийся в электрохимических ячейках на основе жидкого электролита, не происходит.
Исследователи утверждают, что реакционная среда при работе PEMFC настолько отличается от окружающей среды в ячейках с жидкими электролитами при комнатной температуре, что химическое состояние катализатора Pd совершенно иное. Одна важная особенность, объясняющая это, — это на порядок более высокие скорости массопереноса в PEMFC.Недавние открытия подчеркивают необходимость характеристики свойств электрокатализаторов в реальных условиях эксплуатации.
Кроме того, исследователи утверждают, что на самом деле для всех электрокаталитических реакций, в которых реагент подается в газообразной форме, а не только для окисления водорода в топливном элементе, крайне важно поддерживать соответствующие режимы массопереноса при установлении отношения структура-деятельность.