СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА НА УГЛЕРОДНОМ НОСИТЕЛЕ
METHOD OF PRODUCING CATALYST ON CARBON SUPPORT

Изобретение относится к каталитической химии, а именно к способам получения анодных и катодных катализаторов на основе металлов платиновой группы, предназначенных для использования в электролизерах и топливных элементах с твердым полимерным электролитом (ТПЭ).
Катализаторы, полученные путем осаждения металлов платиновой группы на поверхность углеродного носителя, имеют высокие удельные рабочие поверхности, уменьшенный расход благородных металлов, легко наносятся, равномерно распределяются по поверхности, и по характеристикам работы не уступают катализаторам аналогичного состава без носителя.
Однако углеродный носитель не является инертным материалом. В процессе работы электролизера или топливного элемента под действием кислорода, являющегося продуктом реакции (в случае электролиза) или реагентом (в случае топливного элемента), а также промежуточных продуктов происходит окисление и постепенное выгорание (окисление) углеродного носителя, что приводит к быстрой деградации свойств катализатора. В связи с этим особенно актуальной стала задача подавления активности углеродного носителя, в частности, путем удаления с его поверхности кислородсодержащих групп.
В работах «Synthetic carbon materials Sibunit» (патент US №4978649, опубл. 2000 г.), Ю.В.Суровкин, В.Ф.Суровкин, М.С.Цеханович, В.А.Лихолобов «Новый углеродный катализатор для химических процессов», Ж. Рос. Хим. об-ва им. Д.И.Менделеева, 2006, т.L №1 показано, что на развитой углеродной поверхности с участием высокоактивных химических реагентов, в частности кислорода, происходит образование побочных продуктов реакции, что существенно сокращает срок эксплуатации углеродных материалов, усложняет процесс выделения основных продуктов и неблагоприятно сказывается на экологической обстановке. Для решения этой проблемы был разработан пористый углерод-углеродный материал сибунит, состоящий из двух структурных модификаций графитоподобных материалов (сажи и пироуглерода), имеющих близкую кристаллографическую структуру, но значительно отличающихся по реакционной способности по отношению к различным реагентам. За счет этого в процессе активации из углерод-углеродного композита происходит селективное удаление наиболее реакционного углерода (сажи) и формирование развитой пористой структуры.
Недостатком этого материала является наличие в его составе большого количества мезопор - до 80% от общего объема - с размером до 10 нм. В результате при синтезе катализатора методом химического восстановления металлов платиновой группы из растворов предшественников большая часть предшественников (гексахлорплатиновая кислота, двухлористый палладий, гексахлориридиевая кислота и др.) будет проникать внутрь пор и восстанавливаться там. Это приведет к излишнему расходу драгметаллов, не участвующих в электрокаталитическом процессе, так как поры блокируются продуктами реакции и наиболее активным является только катализатор на поверхности носителя.
В патенте «Электроактивированный материал для катодных элементов и способ его изготовления» (патент РФ №2146308, опубл. 10.03.2000 г.) предложен способ обработки углеродного носителя в присутствии неорганических кислот, таких как азотная, серная, или термообработка в окислительной среде. Такая обработка приводит к удалению примесей и повышению адсорбционной способности углеродного носителя, но не решает проблему снижения его дальнейшей активности, а, по нашим данным, даже способствует его ускоренной деградации.
В работе Krishnankutty N., Vannice M.A., Li J. «Влияние Pd прекурсоров и предварительной обработки на свойства адсорбции и поглощения Pd катализаторов» (Appl. Catal., General, 1998, V.173, P.137-144) показано, что уже при относительно невысоких температурах (300°С и менее) происходит взаимодействие между Pd и углеродом с образованием карбида. В результате металл может оказаться полностью или частично зауглероженным, как в объеме, так и на поверхности. Процесс сопровождается существенными изменениями адсорбционных и каталитических свойств, вплоть до полной потери активности. В целях предотвращения зауглероживания металла в катализаторах Pd/C авторы предлагают проводить предварительное водородное восстановление поверхности углеродного носителя при температуре 573 К. После осаждения Pd на углеродный носитель для предотвращения образования связей Pd-C предлагается обжиг при температуре 573 К в 4% кислорода, выдерживая катализатор до полного охлаждения в этом потоке кислорода. Образующиеся при этом связи Pd с хемосорбированным кислородом предотвращают зауглероживание металла.
Недостаток этого способа заключается в том, что при обжиге катализатора значительно снижается его поверхность и, как следствие, уменьшается каталитическая активность. При этом сопутствующее окисление углерода снижает стабильность углеродного носителя в процессе эксплуатации.
Известен способ получения катализатора на углеродном носителе - прототип («Способ получения наноразмерного платино-никелиевого катализатора», патент №2421850, опубл. 20.06.2011 г.), включающий:
- изготовление смеси исходных соединений - углеродного материала, гексахлорплатиновой кислоты, соли никеля (хлорид никеля (П) или нитрат никеля (П) в водном растворе, содержащем этиленгликоль и этиловый спирт,
- добавление к смеси исходных соединений водного раствора щелочи,
- восстановление металлов Pt и Ni путем добавления раствора борогидрида натрия,
- обработку смеси ультразвуком при барботировании инертным газом,
- охлаждение смеси до комнатной температуры,
- отмывку и сушку катализатора.
6
2-
Углеродный материал предварительно термообрабатывают при температуре 873К в течение 30 минут в N2 с целью насыщения его поверхности кислородсодержащими функциональными группами, способствующими адсорбции анионов [PtCl], согласно методике, описанной в работе J.H.Tian, F.B.Wang, Zn.Q.Shan, RJ.Wang and J.Y.Zhang «Effect of preparation conditions of Pt/C catalysts on oxygen electrode performance in proton exchange membrane fuel cells».
Недостаток прототипа заключается в относительно низкой стабильности в связи с наличием на поверхности готового катализатора кислородсодержащих групп. В том случае в процессе работы, под действием кислорода происходит более быстрое окисление и постепенное выгорание углеродного носителя, что приводит к деградации характеристик катализатора.
Техническим результатом, на который направлено изобретение, является повышение ресурса работы катализатора без снижения его активной поверхности, и как следствие, расширение качественного состава материала катализатора - использование добавок металлов платино-иридиевой группы.
Для этого предложен способ получения катализатора на углеродном носителе, заключающийся в изготовлении смеси исходных соединений углеродного носителя, гексахлорплатиновой кислоты, соли никеля в водном растворе, содержащем этиленгликоль и этиловый спирт, добавлении к смеси исходных соединений водного раствора щелочи, восстановлении металлов Pt и Ni, обработки смеси ультразвуком при барботировании ее инертным газом, охлаждении смеси до комнатной температуры, отмывки и сушки катализатора, при этом смесь исходных соединений дополнительно содержит соли палладия и/или соли кобальта, а после сушки катализатор обрабатывают в плазме водород-инертный газ.
Кроме того,
- восстановление Pt, Ni, Pd и Со проводят в растворе борогидрида натрия или формальдегида или муравьиной кислоты.
- в качестве солей палладия, никеля и кобальта используют хлорид палладия, хлорид никеля (П) или нитрат никеля (П), хлорид кобальта (П) или нитрат кобальта (П), или их смеси в водном растворе.
- соотношение этиленгликоля и этилового спирта в растворе составляет на 2-3 части этиленгликоля 1-2 части этилового спирта.
- количество смеси этиленгликоль-этиловый спирт принимают из расчета 40-50 мл на каждые 100 мг углеродного материала.
- восстановление проводят 1М раствором борогидрида натрия в 1М растворе гидроокиси натрия в течение 1-1,5 часа.
- в качестве щелочи используют 1-2 мл водного раствора аммиака.
- восстановление проводят раствором формальдегида в количестве 50-80 мл на каждые 100 мг углеродного носителя.
- восстановление проводят раствором муравьиной кислоты в количестве 100-150 мл на каждые 100 мг углеродного носителя.
- содержание водорода в плазме водород-инертный газ составляет 3-5 об.%.
-3
- давление инертного газа в плазме составляет (2-6)·10 Торр.
2
- плотность анодного тока в плазме составляет 2-15 мА/см.
- температура катализатора при обработке плазмой составляет 100-250°С.
Процесс плазменной обработки проводят на магнетронной установке, укомплектованной планарным магнетроном постоянного тока. Катализатор загружают в металлическую чашу диаметром 115 мм с плоским дном и стенками высотой 25 мм. Под чашу с катализатором помещают дополнительно круговой магнит, вверх полюсом N. Для обеспечения равномерного удаления кислородсодержащих групп с поверхности углеродного носителя применен виброперемешиватель, создающий на поверхности катализатора эффект псевдокипящей жидкости. Дополнительно над чашей устанавливается кольцо с двумя перпендикулярно закрепленными спиралями, осуществляющими перемешивание катализатора при вращении чаши. Дно чаши может нагреваться установленным в непосредственной близости под ним резистивным нагревателем. Температура катализатора в чаше контролируется с помощью закрепленной на кольце со спиралями термопары, рабочий спай которой (хромель-алюмель) погружается в слой катализатора.
Подача напряжения на чашу позволяет изменять плотность тока и, соответственно, интенсивность ионной бомбардировки катализатора. Чем большее по модулю положительное напряжение подается на чашу, тем больше интенсивность ионной бомбардировки. В данном случае положительное напряжение, подаваемое на чашу, составляет 30-70 В.
Под действием ионов, в первую очередь инертного газа, происходит удаление кислородсодержащих групп с поверхности углеродного носителя, а водород способствует их восстановлению и препятствует дальнейшему окислению углеродного носителя и металла катализатора кислородом этих групп.
Более низкое содержание водорода не обеспечивает необходимое удаление кислородсодержащих групп и требуемый ресурс катализатора, а более высокая концентрация водорода не дает дополнительного положительного эффекта. Более низкое рабочее давление не позволяет создать устойчивый разряд, а более высокое давление не дает дополнительного положительного эффекта. Более высокая плотность анодного тока приводит к локальному перегреву каталитической массы и агломерации каталитических частиц, а более низкие плотности тока не дают положительного эффекта, но увеличивают время обработки. Низший предел температуры обусловлен разогревом катализатора ионной бомбардировкой, а температура более 250°С приводит к заметному снижению поверхности катализатора за счет агломерации. Более низкое напряжение, подаваемое на чашу, не обеспечивает необходимую интенсивность обработки каталитической массы ионами, а более высокое напряжение не дает дополнительного положительного эффекта.
Такая дополнительная операция позволит кроме платины и никеля изготавливать катализаторы с палладием и кобальтом - материалами, которые быстро окисляются под действием кислородсодержащих групп углеродного носителя и обеспечивают стабильную работу катализатора только после удаления этих групп.
Недостаток прототипа заключается в относительно низкой стабильности в связи с наличием на поверхности готового катализатора кислородсодержащих групп. В этом случае в процессе работы, под действием кислорода происходит более быстрое окисление и постепенное выгорание углеродного носителя, что приводит к деградации характеристик катализатора.
В результате обработки активная поверхность катализатора остается неизменной или даже возрастает.
Проведенные ресурсные испытания показали, что обработанный катализатор стабильно работает в течение 6000 часов и более без снижения характеристик.
В качестве углеродного материала используют сажу Vulcan XC-72, нанотрубки или нановолокна.
В качестве инертного газа используют аргон, гелий или неон.
Параметры ультразвука составляют: частота 37-40 кГц, мощность 150-200 Вт.
Пример 1 (прототип).
В реакционный сосуд объемом 500 мл помещают 220 мг сажи Vulcan XC-72, добавляют 100 мл смеси этиленгликоль-этиловый спирт (А) в соотношении 2,5:1. Количество смеси (А) принимают из расчета 40-50 мл на каждые 100 мг сажи. Полученную смесь перемешивают дисперсионным гомогенизатором со скоростью 20000-22000 об/мин в течение 20 мин. Затем сосуд со смесью помещают в ультразвуковую ванну, при комнатной температуре, добавляют 31,2 мл водного раствора хлорида никеля (с содержанием Ni 69,86 мг) и 2,12 мл водного раствора гексахлорплатиновой кислоты (с содержанием Pt 76,84 мг). Соотношение смеси (А) к общему количеству воды составляет 3:1, добавляют 1 мл водного раствора аммиака и включают обработку ультразвуком при барботировании аргоном. Через 15 мин по каплям добавляют 50 мл 1М раствора борогидрида натрия в 1М растворе NaOH. Через 1 час происходит расслоение реакционной массы. Верхняя прозрачная часть сливается, а нижняя отмывается бидистиллированной водой с помощью центрифуги до нейтральной реакции сливного раствора. Полученный катализатор сушат. Получают катализатор состава PtNi (1:1 ат.) на углероде с содержанием PtNi 40 мас.%.
2
Удельная активная поверхность катализатора, измеренная потенциодинамическим методом с помощью потенциостата "Solartron 1285" в стандартной трехэлектродной ячейке, составила 54 м/г.
40
2
Полученный катализатор был использован при изготовлении каталитической композиции катода мембрано-электродного блока (МЭБ) топливного элемента (ТЭ). Катодная каталитическая композиция представляет собой дисперсию частиц катализатора состава PtNi (1:1 ат) на углероде с содержанием PtNi 40 мас.%. ((PtNi)/V) (1:1) и раствор иономера (МФ-4СК) в пропаноле-2 (35 мас.%). После обработки в ультразвуковом диспергаторе полученная эмульсия наносится на материал типа "Пантекс" с сажевым гидрофобным подслоем методом воздушного распыления. На аноде используется каталитическая смесь, состоящая из монокатализатора Pt на углеродном носителе и раствора иономера (МФ-4СК) в пропаноле-2 (35 мас.%). Далее катод, анод и газоразделительная мембрана объединяются в МЭБ топливного элемента. МЭБ помещался в нержавеющую термостатируемую ячейку. Температура ячейки - 85°С. Испытание блоков проходили с использованием водорода и кислорода из электролизера и воздуха из компрессора. Водород и воздух дополнительно увлажнялись (температура увлажнения - 85°С). Давление газов поддерживалось постоянным с помощью редукторов, установленных на выходе газовых трактов, контролировалось манометрами (для кислорода - 3 ати, для водорода и воздуха - 2 ати). Вольт-амперные характеристики снимались после выхода тока и напряжения на стационарные значения. Получены следующие характеристики: для водород-кислородного ТЭ напряжение на ячейке - 0,88 В, плотность тока - 1 А/см.
ТЭ стабильно работал в течение 3500 часов, после чего наблюдается постепенное падение характеристик работы - через 3650 часов от начала работы напряжение на ячейке водород-кислородного ТЭ составляет уже 0,79 В, через 3710 часов - 0,74 В, а еще через 40 часов - 0,71 В.
Примеры 2-24 осуществления заявленного изобретения.
Пример 2.
Как пример 1, но после сушки готовый катализатор в количестве 0,6 г тщательно измельчают пестиком в ступке и загружают в металлическую чашу диаметром 115 мм с плоским дном и стенками высотой 25 мм.
Чашу с катализатором помещают в лабораторную магнетронную установку, укомплектованную планарным магнетроном постоянного тока. Под чашей расположен постоянный круговой магнит вверх полюсом N.
-3
2
Процесс проводят при вибрации чаши по вертикальной оси с частотой 3 Гц и амплитудой 0,7 мм с одновременным вращением ее вокруг этой оси со скоростью 15 об/мин. Давление рабочего газа (Ar с примесью водорода) в камере 3·10 Торр. Содержание водорода в водородно-аргоновой плазме составляет 6 об.%. Плотность анодного тока - 7 мА/см. Напряжение, подаваемое на чашу, - 50 В. Температура в слое катализатора - 150°С. Время проведения процесса составляет - 1 час.
2
Удельная активная поверхность катализатора после обработки 55 м/г.
После обработки катализатора проводили его ресурсные испытания в составе катода мембранно-электродного блока (МЭБ) топливного элемента (ТЭ). Топливный элемент стабильно работал в течение 6000 часов без изменения характеристик.
Пример 3.
40
2
2
Катализатор, обработанный в примере 2 с содержанием PtNi 40 мас.% (1:1 ат) на углеродном носителе, был использован при изготовлении каталитической композиции катода мембранно-электродного блока (МЭБ) электролизера воды. Катодная каталитическая композиция представляет собой дисперсию частиц катализатора состава PtNi (1:1 ат.) на углероде с содержанием PtNi 40 мас.% ((PtNi)/V) (1:1) и раствор иономера (МФ-4СК) в пропаноле-2 (20-25 мас.%). После обработки в ультразвуковом диспергаторе полученная эмульсия наносится на пористый титан методом воздушного распыления. На аноде используется каталитическая смесь, состоящая из иридиевой черни и раствора иономера (МФ-4СК) в пропаноле-2 (5-7 мас.%). Далее катод, анод и газоразделительная мембрана объединяются в интегрированный МЭБ электролизера методом термопрессования. Затем сборку устанавливают в ячейку для электролиза деионизированной воды и подают электрический ток плотностью 0,5 А/смпри 90°С в течение 1 часа. Через час плотность тока увеличивают. Напряжение на ячейке составляет 1,61 В при плотности тока 1 А/см и температуре 90°С. Электролизная ячейка ежедневно отключалась, что создавало условия для диффузии кислорода на катод.
Электролизная ячейка стабильно работает в течение 6000 часов без изменения характеристик работы.
Пример 4.
2
Как пример 1, но вместо водного раствора хлорида никеля добавляют 32,4 мл водного раствора хлорида палладия (П) PdCl (с содержанием палладия 125,5 мг). Получают катализатор состава PtPd (1:1 ат) на углероде с содержанием PtPd 40 мас.%.
2
Далее проводят обработку катализатора, как в примере 2. Удельная активная поверхность катализатора после обработки - 56 м/г.
2
После обработки катализатора проводили его ресурсные испытания в составе катода МЭБ электролизера воды, как в примере 3. Напряжение на ячейке составляет 1, 59 В при плотности тока 1 А/см и температуре 90°С. Электролизная ячейка стабильно работала в течение 6000 часов без изменения характеристик работы.
Пример 5.
Как пример 1, но вместо раствора борогидрида натрия по каплям добавляют 150 мл формальдегида.
2
Удельная активная поверхность катализатора составила 56 м/г.
2
Получены следующие характеристики: для водород-кислородного ТЭ напряжение на ячейке 0,89 В, плотность тока - 1 А/см. ТЭ стабильно работал в течение 3570 часов, после чего наблюдается постепенное падение характеристик работы - через 3620 часов от начала работы напряжение на ячейке водород-кислородного ТЭ составляет уже 0,82 В, через 3690 часов - 0,76 В, а еще через 40 часов - 0,72 В.
Пример 6.
Как пример 5, но после сушки готовый катализатор обрабатывают, как в примере 2.
Топливный элемент в составе полученного катализатора стабильно работал в течение более 6000 часов без изменения характеристик.
Пример 7.
Как пример 1, но вместо раствора борогидрида натрия по каплям добавляют 200 мл муравьиной кислоты.
2
Удельная активная поверхность катализатора составила 53 м/г.
2
Получены следующие характеристики: для водород-кислородного ТЭ напряжение на ячейке - 0,86 В, плотность тока - 1 А/см. ТЭ стабильно работал в течение 3480 часов, после чего наблюдается постепенное падение характеристик работы - через 3510 часов от начала работы напряжение на ячейке водород-кислородного ТЭ составляет уже 0,81 В, через 3600 часов - 0,75 В, а еще через 25 часов - 0,69 В.
Пример 8.
Как пример 7, но после сушки готовый катализатор обрабатывают, как в примере 2. Топливный элемент в составе полученного катализатора стабильно работал в течение более 6000 часов без изменения характеристик.
Пример 9.
2
2
Как пример 4, но вместо водного раствора хлорида палладия (П) добавляют 29,8 мл водного раствора хлорида кобальта (П) CoCl (с содержанием кобальта 70,22 мг). Получают катализатор состава PtCo (1:1 ат) на углероде с содержанием PtCo 40 мас.%. Удельная активная поверхность катализатора после обработки - 54 м/г.
2
Напряжение на ячейке составляет 1,62 В при плотности тока 1 А/см и температуре 90°С.
Пример 10.
Как пример 4, но вместо раствора борогидрида натрия по каплям добавляют 150 мл формальдегида.
2
Удельная активная поверхность катализатора после обработки 58 м/г.
2
После обработки катализатора проводили его ресурсные испытания в составе катода МЭБ электролизера воды, как в примере 3. Напряжение на ячейке составляет 1,61 В при плотности тока 1 А/см и температуре 90°С. Электролизная ячейка стабильно работала в течение 6000 часов без изменения характеристик работы.
Пример 11.
2
3
2
2
Как пример 9, но вместо водного раствора хлорида кобальта (П) добавляют 18,8 мл водного раствора хлорида палладия (П) PdCl (с содержанием палладия 57,63 мг) и 12,3 мл водного раствора нитрата никеля (П) Ni(NO) (с содержанием никеля 57,63 мг). Получают катализатор состава Pt-Pd-Ni (40:30:30 мас.%) на углероде с содержанием Pt-Pd-Ni 40 мас.%. Удельная активная поверхность катализатора после обработки 57 м/г.
2
Напряжение на ячейке составляет 1,57 В при плотности тока 1 А/см и температуре 90°С.
Пример 12.
3
2
2
Как пример 11, но вместо водного раствора нитрата никеля (П) добавляют 12,6 мл водного раствора нитрата кобальта (П) Co(NO) (с содержанием кобальта 57,63 мг). Получают катализатор состава Pt-Pd-Co (40:30:30 мас.%) на углероде с содержанием Pt-Pd-Co 40 мас.%. Удельная активная поверхность катализатора после обработки - 49 м/г.
2
Напряжение на ячейке составляет 1,63 В при плотности тока 1 А/см и температуре 90°С.
Пример 13.
2
3
2
Как пример 1, но вместо водного раствора хлорида никеля добавляют 18,8 мл водного раствора хлорида палладия (П) PdCl (с содержанием палладия 57,63 мг) и 12,6 мл водного раствора нитрата кобальта (П) Co(NO) (с содержанием кобальта 57,63 мг). Вместо раствора боргидрида натрия по каплям добавляют 150 мл формальдегида.
2
Далее проводят обработку катализатора, как в примере 2. Удельная активная поверхность катализатора после обработки - 54 м/г.
2
После обработки катализатора проводили его ресурсные испытания в составе катода МЭБ электролизера воды, как в примере 3. Напряжение на ячейке составляет 1, 62 В при плотности тока 1 А/см и температуре 90°С. Электролизная ячейка стабильно работала в течение 6000 часов без изменения характеристик работы.
Пример 14.
3
2
Как пример 9, но вместо водного раствора хлорида кобальта (П) добавляют 30,4 мл водного раствора нитрата кобальта (П) Со(NO).
2
2
Удельная активная поверхность катализатора после обработки составила 51,5 м/г. Напряжение на ячейке составляет 1,62 В при плотности тока 1 А/см и температуре 90°С.
Пример 15.
2
Как пример 2, но плотность анодного тока на лабораторной магнетронной установке составляет 2 мА/см, что обеспечивает меньшую, чем в примере 2, интенсивность ионной бомбардировки катализатора.
2
Удельная активная поверхность катализатора после обработки не изменилась (54 м/г).
Топливный элемент в составе полученного катализатора стабильно работает в течение 5000 часов, после чего наблюдается постепенное падение характеристик работы.
Пример 16.
2
Как пример 2, но плотность анодного тока на лабораторной магнетронной установке составляет 15 мА/с, что обеспечивает большую, чем в примере 2, интенсивность ионной бомбардировки катализатора.
2
Удельная активная поверхность катализатора после обработки незначительно увеличилась и составила 58 м/г.
2
ТЭ в составе полученного катализатора стабильно работает в течение 6000 часов без изменения характеристик работы: для водород-кислородного ТЭ напряжение на ячейке - 0,89 В, плотность тока - 1 А/см.
Пример 17.
Как пример 2, но содержание водорода в водородно-аргоновой плазме составляет 0 об.%.
2
Удельная активная поверхность катализатора после обработки не изменилась (54 м/г).
ТЭ в составе полученного катализатора стабильно работает в течение 4500 часов, после чего наблюдается постепенное падение характеристик работы.
Пример 18.
Как пример 2, но содержание водорода в водородно-аргоновой плазме составляет 6 об.%.
2
Удельная активная поверхность катализатора после обработки не изменилась (54 м/г).
ТЭ в составе полученного катализатора стабильно работает в течение 6000 часов без изменения характеристик работы.
Пример 19.
-3
Как пример 2, но давление газа в камере составляло 2·10 Торр.
2
Удельная активная поверхность катализатора после обработки не изменилась (54 м/г.
ТЭ в составе полученного катализатора стабильно работает в течение 5000 часов, после чего наблюдается постепенное падение характеристик работы.
Пример 20.
-3
Как пример 2, но давление газа в камере составляло 6·10 Торр.
2
Удельная активная поверхность катализатора после обработки незначительно увеличилась и составила 59 м/г.
2
ТЭ в составе полученного катализатора стабильно работает в течение 6000 часов без изменения характеристик работы: для водород-кислородного ТЭ напряжение на ячейке - 0,89 В, плотность тока - 1 А/см.
Пример 21.
Как пример 2, но температура слоя катализатора в чаше составляла 100°С (разогрев за счет ионной бомбардировки, без включения нагревателя).
2
Удельная активная поверхность катализатора после обработки не изменилась (54 м/г).
ТЭ в составе полученного катализатора стабильно работает в течение 4700 часов, после чего наблюдается постепенное падение характеристик работы.
Пример 22.
Как пример 2, но температура слоя катализатора в чаше составляла 270°С.
2
Удельная активная поверхность катализатора после обработки несколько уменьшилась и составила 49 м/г.
2
ТЭ в составе полученного катализатора стабильно работает в течение 6000 часов без изменения характеристик работы. Показатели работы ячейки несколько хуже, чем в примере 2 и составляют: для водород-кислородного ТЭ напряжение на ячейке - 0,82 В, плотность тока - 1 А/см.
Пример 23.
2
Как пример 2, но положительное напряжение, подаваемое на чашу, составляло 30 В. Удельная активная поверхность катализатора после обработки не изменилась (54 м/г).
ТЭ в составе полученного катализатора стабильно работает в течение 4700 часов, после чего наблюдается постепенное падение характеристик работы.
Пример 24.
2
Как пример 2, но положительное напряжение, подаваемое на чашу, составляло 70 В. Удельная активная поверхность катализатора после обработки незначительно увеличилась и составила 57 м/г.
2
ТЭ в составе полученного катализатора стабильно работает в течение 6000 часов без изменения характеристик работы: для водород-кислородного ТЭ напряжение на ячейке - 0,85 В, плотность тока - 1 А/см.
Таким образом, предложенный способ позволит получить стабильно работающий катализатор с высоким ресурсом работы, предназначенный для использования в электролизерах и топливных элементах с твердым полимерным электролитом.