Синтез платиновых наноструктур с контролируемыми размером и формой является одной из важнейших задач в развитии платиновых катализаторов, которые используются в различных химических синтезах, газовых сенсорах и дожиге выхлопных газов. Кроме того, платина – это ключевой катализатор в топливных ячейках с полимерными мембранами (polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells). Самая большая трудность состоит в повышении производительности платинового катализатора на катоде. Несмотря на прогресс в прошлом, производство высокоэффективных платиновых катализаторов достаточно дорого. Большинство методов получения наночастиц платины включает в себя восстановление солей платины в присутствии ПАВ или полимерных стабилизаторов при высоких температурах. В настоящее время большой проблемой является получение линейных наноструктур платины без использования ПАВ.
Китайские ученые разработали простой метод синтеза Pt-наноструктур без использования ПАВ. Эти наноструктуры образуются на наноструктурах углерода и представляют собой нанонити, а также их объединения, по форме напоминающие цветки. По сравнению с обычными наночастицами, полученные линейные структуры обладают рядом преимуществ, связанных с их анизотропией и поверхностными свойствами. Сам метод заключается в восстановлении гексахлорплатиновой кислоты (H2PtCl6) муравьиной кислотой (НСООН) при комнатной температуре, без использования ПАВ или темплата:
H2PtCl6 + 2HCOOH = Pt + 6Cl- + 6H+ + 2CO2
Нанонити платины выращивали на наноструктурах углерода, добавленного в раствор кислот, в течение 72 часов. В таких наноструктурах углерод, обладающий большой поверхностью, играет роль ядра, на которое радиально нарастает оболочка из электрокаталитически активных нанонитей платины. Как видно из рисунка 1, диаметр углеродных наносфер составляет около 30-60 нм, а длина нанонитей платины – 10-30 нм; лишь некоторые из них достигают 100 нм. Диаметр нанонитей – около 4нм. На рисунке 2 представлена зависимость плотности платины на углеродных сферах от соотношения H2PtCl6/С (при этом отношение H2PtCl6/ НСООН оставалось постоянным).
Ученые исследовали также производительность топливных элементов, в которых в качестве катализатора использовали полученный материал. Отношение Pt/C брали равным 40%. На аноде использовался коммерческий платиново-углеродный катализатор. Электролитическая мембрана была зафиксирована между катодом и анодом с помощью прессования. Производительность катода сравнивали с производительностью современных топливных ячеек, также использующих в качестве катализатора платиново-углеродные материалы. Из рисунка 4 видно, что характеристики полученного учеными катализатора выше коммерческого.
Простой синтез данного катализатора делает этот материал очень перспективным. Работа "Controlled Growth of Pt Nanowires on Carbon Nanospheres and Their Enhanced Performance as Electrocatalysts in PEM Fuel Cells" была опубликована в Advanced Materials.
А лабораторные были?
