LT6311B - Metalo/grafeno katalizatoriaus gavimo būdas - Google Patents
Metalo/grafeno katalizatoriaus gavimo būdas Download PDFInfo
- Publication number
- LT6311B LT6311B LT2014143A LT2014143A LT6311B LT 6311 B LT6311 B LT 6311B LT 2014143 A LT2014143 A LT 2014143A LT 2014143 A LT2014143 A LT 2014143A LT 6311 B LT6311 B LT 6311B
- Authority
- LT
- Lithuania
- Prior art keywords
- catalyst
- graphene
- weight
- preparation
- graphene catalyst
- Prior art date
Links
Abstract
Išradimas priskiriamas cheminiams procesams, būtent efektyvių Pt/grafeno katalizatorių gavimo būdui ir gali būti naudojamas įvairiose pramonės srityse, tokiose, kaip cheminių junginių sintezėje, kenksmingų medžiagų išmetimo dujų nukenksminime, alternatyvių energijos šaltinių, t. y. šarminių polimerinių membranų kuro elementų gamyboje, vandenilio dujų gavime. Išradimo tikslas – katalizatorių, pasižyminčių pagerintu elektrokataliziniu aktyvumu su mažesnėmis Pt dalelėmis, gavimo būdas. Tikslas pasiekiamas tuo, kad pagal šį išradimą pasiūlytame katalizatoriaus gavimo būde, kur mišinį iš@0,05-0,5 m.% grafeno miltelių, @0,02-0,1 m.% H2PtCl6, @0,039 iki 0,231 m.% Co(II) druskos,@0,04-0,633 m. % NaOH,@99,9-99,0 m.% etilenglikolio,@maišo ultragarsu 0,5-2 h, mikrobangų reaktoriuje apdoroja 140 - 200 oC temperatūroje 10 - 30 min, naudojant 300 - 850 W mikrobangų galingumą, maišo 100 - 500 aps/min, suformuoja Pt/grafeno katalizatorių, esant Pt:Co moliniams santykiams, lygiems 1:3, 1:10, 1:30 ir 1:50, ir kur gautame Pt/grafeno katalizatoriuje nusodintos Pt nanodalelės yra 1-3 nm dydžio.
Description
Išradimas priskiriamas cheminiams procesams, būtent efektyvių Pt/grafeno katalizatorių gavimo būdui ir gali būti naudojamas įvairiose pramonės srityse, tokiose, kaip cheminių junginių sintezėje, kenksmingų medžiagų išmetimo dujų nukenksminime, alternatyvių energijos šaltinių, t. y. šarminių polimerinių membranų kuro elementų gamyboje, vandenilio dujų gavime.
Yra žinomi katalizatoriai, į kurių sudėtį įeina platina (Pt) ir auksas (Au). Nors taurieji metalai Pt ir Au plačiai taikomi kaip elektrokatalizatoriai natrio borhidrido, metanolio ar etanolio oksidacijos reakcijoms, tačiau jų panaudojimas praktiniams tikslams nėra perspektyvus dėl jų brangumo. Siekiant sumažinti naudojamo tauraus metalo kiekį katalizatoriuje, tuo pačiu nesumažinant, o net padidinant jo aktyvumą, buvo pradėti tyrinėti Pt lydiniai su pereinamaisiais metalais - Ni, Co, Cu, Fe (A. Tegou, S. Papadimitriou, I. Mintsouli, S. Armyanov, E. Valova, G. Kokkinidis, S. Sotiropoulos, Rotating disc electrode studies of borohydride oxidation at Pt and bimetallic Pt—Ni and Pt-Co electrodes. Catal. Today 170 (2011) 126-133), (L. Yi, L. Liu, X. Liu, X. VVang, W. Yi, P. He, X. Wang, Carbon-supported Pt-Co nanoparticles as anode catalyst for direct borohydride-hydrogen peroxide fuel cell: Electrocatalysis and fuel cell performance. Int. J. Hydrogen Energy 37 (2012) 12650-12658), (L. Yi, Y. Song, X. Liu, X. VVang, G. Zou, P. He, W. Yi. High activity of Au-Cu/C electrocatalyst as anodic catalyst for direct borohydride-hydrogen peroxide fuel cell. Int. J. Hydrogen Energy 36 (2011) 15775-15782).
Šio tipo bimetalinių katalizatorių gavimui naudojami įvairūs būdai; organinės sintezės (X. Zhang, K.-Y. Tsang, K.-Y. Chan, Electrocatalytic properties of supported platinum-cobalt nanoparticles with uniform and controlled composition. J. Electroanal. Chem. 573 (2004) 1-9), cheminės redukcijos, reduktoriumi naudojant natrio borhidridą (J. R. C. Salgado, E. Antolini, E. R. Gonzalez, Preparation of Pt-Co/C electrocatalysis by reduction with borohydride in acid and alkaline media: the effect on the performance of the catalyst. J. Power Sources 138 (2004) 56-60; Z. Liu, C. Yu, I. A. Rusakova,
D. Huang, P. Strasser, Synthesis of Pt3Co Alloy Nanocatalyst via reverse micelle for oxygen reduction reaction in PEMFCs. Top. Catal. 49 (2008) 241-250), impregnavimo (P. Mania, R. Srivastava, P. Strasser, Dealloyed binary PtlVh (M = Cu, Co, Ni) and ternary PtNiaM (M = Cu, Co, Fe, Cr) electrocatalysts for the oxygen reduction reaction: Performance in polymer electrolyte membrane fuel cells. J. Power Sources 196 (2011) 666-673), cheminiais (žiūr. JAV patentus 6,262,129 B1, 6,783,569 B2, 8,110,021 B2, 2011/0118111 A1, 6,967,183 B2).
Nors Pt yra vienas iš aktyviausių dehidrinimo katalizatorių organinių junginių elektrooksidacijos reakcijose, bet dėl jos brangumo naudojimas tampa nerentabilus ir neperspektyvus. Todėl keliami tikslai - sumažinti naudojamo tauraus metalo kiekį katalizatoriuje, tuo pačiu padidinant jo aktyvumą. Pastaruoju metu naudojama perspektyvi medžiaga - grafenas, pasižymintis labai dideliu aktyviu paviršiaus plotu (2600 m2g~1), ypatingomis fizikocheminėmis savybėmis, elektroniniu laidumu bei stabilumu.
Artimiausias siūlomam būdui yra Pt/grafeno katalizatoriaus gavimo būdas, kur mišinį iš 0,1 g grafeno miltelių, 0,04 ml 0,036 M FhPtCIe, 19 ml etilenglikolio (99 %), maišo ultragarsu 2 vai. ir apdoroja 170°C temperatūroje mikrobangų reaktoriuje. Gautą mišinį filtruoja, praplauna acetonu, distiliuotu vandeniu ir džiovina vakuuminėje krosnyje 80 °C 2 vai. (M. Semaško, L. Tamašauskaitė-Tamašiūnaitė „Pt/TiC>2-GRAFENO NANOKOMPOZITŲ SINTEZĖ, CHARAKTERIZAVIMAS IR TAIKYMAS METANOLIO KURO ELEMENTUOSE“, Studentų moksliniai tyrimai 2012/2013). Tokiu būdu gauna Pt/grafeno nanokompozitus, kuriuose nusodintos Pt nanodalelės yra 4-7 nm dydžio.
Nors gautas katalizatorius ir pasižymi geru kataliziniu aktyvumu, tačiau Pt dalelės ant katalizatoriaus išliko didesnio nei norima dydžio.
Išradimo tikslas - katalizatorių, pasižyminčių pagerintu elektrokataliziniu aktyvumu su mažesnėmis Pt dalelėmis, gavimo būdas.
Tikslas pasiekiamas tuo, kad pagal šį išradimą pasiūlytame katalizatoriaus gavimo būde, kur mišinį iš 0,05-0,5 m.% grafeno miltelių,
0,02-0,1 m.% HhPtCle,
0,039 iki 0,231 m.% Co(ll) druskos
0,04 - 0,633 m. % NaOH
99,9 - 99,0 m.% etilenglikolio, maišo ultragarsu 0,5-2 h, mikrobangų reaktoriuje apdoroja 140 - 200 °C temperatūroje 10-30 min, naudojant 300 - 850 W mikrobangų galingumą, maišo 100 - 500 aps/min, suformuoja Pt/grafeno katalizatorių, esant Pt:Co moliniams santykiams, lygiems 1:3,1:10,1:30 ir 1:50, ir kur gautame Pt/grafeno katalizatoriuje nusodintos Pt nanodalelės yra 1-3 nm dydžio.
įvedimas pereinamųjų metalų (Ni, Co, Cu) į Pt/grafeno katalizatorių pagerina gautų bimetalinių Pt-Ni, Pt/Co ir Pt/Cu katalizatorių aktyvumą metanolio, natrio borhidrido ir deguonies redukcijos reakcijoms lyginant su grynos Pt elektrodu ir su Pt/grafeno nanokompozitais.
Pt lydinių su pereinamaisiais metalais didesnį katalizinį aktyvumą sąlygoja PtM lydinių susidarymas bei Pt elektroninės struktūros pasikeitimas dėl pereinamojo metalo buvimo, Pt-Pt atstumo ir d-elektronų tankio platinoje.
Šiuo atveju siūlomas Co pridėjimas į Pt/grafeno katalizatorių padidina gauto PtCo/grafeno katalizatoriaus elektrokatalizinį aktyvumą, lyginant su Pt/grafeno katalizatoriumi ir yra žymiu mastu pigesnis, nes vietoj dalies Pt yra naudojamas Co.
PAVYZDYS:
Reakcijos mišinį iš 0,1 g grafeno miltelių, 0,25 ml 0,096 M HkPtCle, 0.6 ml 0,4 M C0CI2, 0,2-3,2 ml 1 M NaOH ir 18 ml etilenglikolio maišo ultragarsu 1 h. Po to įdeda į mikrobangų reaktorių ir apdoroja 170 °C temperatūroje 30 min, naudojant 700 W mikrobangų galingumą ir 300 aps/min maišymą. Susintetintą platinos-kobalto-grafeno katalizatorių filtruoja, praplauna acetonu, po to distiliuotu vandeniu ir džiovina vakuuminėje krosnyje 80 °C temperatūroje 2 valandas.
Tokiu būdu gautas platinos-kobalto-grafeno katalizatorius yra miltelių pavidalo. Keičiant C0CI2 ir NaOH koncentracijas pradinių medžiagų mišinyje, suformuoja platinos-kobalto-grafeno nanokompozitus, esant Pt:Co moliniams santykiams 1:3, 1:10, 1:30 ir 1:50, o nusodintos Pt nanodalelės yra 1-3 nm dydžio.
Išmatuotos natrio borhidrido oksidacijos srovės tankio vertės ant PtCo/grafenas katalizatoriaus, kai Pt:Co molinis santykis yra 1:44, yra apie 24 kartus didesnės nei jos yra ant Pt/grafenas katalizatoriaus. PtCo/grafenas katalizatoriaus aktyvumą įvairių medžiagų (natrio borhidrido, etanolio ir kt.) oksidacijos reakcijoms apsprendžia PtCo/grafenas katalizatoriaus sudėtis, t.y. Pt:Co molinis santykis. Pvz., didžiausiu elektrokataliziniu aktyvumu natrio borhidrido oksidacijos reakcijai pasižymi PtCo/grafenas katalizatorius, kai Pt:Co molinis santykis yra 1:44, lyginant su katalizatoriais, esant Pt:Co moliniams santykiams 1:7 ir 1:22, kai, tuo tarpu, didžiausiu elektrokataliziniu aktyvumu etanolio oksidacijai šarminėje terpėje pasižymi PtCo/grafenas katalizatorius, esant Pt:Co moliniam santykiui 1:7, lyginant su katalizatoriais, kai Pt:Co molinis santykis yra 1:1 ir 1:44.
Paprastai mažesnio dydžio Pt dalelės pasižymi didesniu kataliziniu aktyvumu, todėl 1-3 nm dydžio Pt nanodalelių nusodinimas yra viena iš sąlygų, taip pat padidinančių PtCo katalizatoriaus aktyvumą (žr. lentelę).
Lentelė
| Eil. Nr. | Katalizato- rius | Pt:Co molinis santykis | Sinte-zės temperatūra, °C | Sinte- zės laikas, min | Pt dalelių dydis katalizatoriuje, nm | Pt įkrova katalizatoriu-je, pgpt cm-2 | Pt aktyvus paviršiaus plotas, m2 g-1 |
| 1. | Pt/grafe- nas | — | 170 | 0,5 | 4-7 | 125 | 21 |
| 2. | Pt/grafe- nas | — | 270 | 0,5 | 10-30 | 100 | 6 |
| 3. | PtCo/gra- fenas | 1:1 | 170 | 0,5 | 1-3 | 200 | 95 |
| 4. | PtCo/gra- fenas | 1:3 | 170 | 30 | 1-3 | 200 | 120 |
| 5. | PtCo/gra- fenas | 1:7 | 170 | 30 | 1-3 | 200 | 140 |
| 6. | PtCo/gra- fenas | 1:22 | 170 | 30 | 1-3 | 200 | 97 |
| 7. | PtCo/gra- fenas | 1:44 | 170 | 30 | 1-3 | 200 | 130 |
| 8. | PtCo/gra- fenas | 1:50 | 170 | 30 | 1-3 | 200 | 80 |
Claims (2)
1. Metalo/grafeno katalizatoriaus gavimo būdas, apimantis mišinį iš grafeno, platinos junginio bei etilenglikolio, kurį maišo ultragarsu bei apdoroja mikrobangomis, plauna acetonu, po to distiliuotu vandeniu ir džiovina vakuuminėje krosnyje 80 °C temperatūroje 2 vai., besiskiriantis tuo, kad reakcijos mišinį, susidedantį iš:
0,05-0,5 masės % grafeno miltelių,
0,02-0,1 masės % hhPtCle,
0,039 iki 0,231 masės % Co(ll) druskos,
0,04 - 0,633 masės % NaOH,
99,9 - 99,0 masės % etilenglikolio, maišo ultragarsu 0,5-2 h, mikrobangų reaktoriuje apdoroja 140 - 200 °C temperatūroje 10-30 min., naudojant 300 - 850 W mikrobangų galingumą, maišo 100 - 500 aps/min. bei išskiria katalizatorių.
2. Būdas pagal apibrėžties 1 punktą, besiskiriantis tuo, kad po pradinių medžiagų apdorojimo mikrobangomis, esant Pt:Co moliniams santykiams, lygiems 1:3, 1:10, 1:30 ir 1:50, nusodintos Pt nanodalelės yra ΙΟ nm dydžio.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LT2014143A LT6311B (lt) | 2014-12-17 | 2014-12-17 | Metalo/grafeno katalizatoriaus gavimo būdas |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LT2014143A LT6311B (lt) | 2014-12-17 | 2014-12-17 | Metalo/grafeno katalizatoriaus gavimo būdas |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| LT2014143A LT2014143A (lt) | 2016-07-25 |
| LT6311B true LT6311B (lt) | 2016-09-12 |
Family
ID=56411970
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| LT2014143A LT6311B (lt) | 2014-12-17 | 2014-12-17 | Metalo/grafeno katalizatoriaus gavimo būdas |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| LT (1) | LT6311B (lt) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6262129B1 (en) | 1998-07-31 | 2001-07-17 | International Business Machines Corporation | Method for producing nanoparticles of transition metals |
| US6783569B2 (en) | 2001-08-16 | 2004-08-31 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Method for synthesis of core-shell type and solid solution alloy type metallic nanoparticles via transmetalation reactions and applications of same |
| US6967183B2 (en) | 1998-08-27 | 2005-11-22 | Cabot Corporation | Electrocatalyst powders, methods for producing powders and devices fabricated from same |
| US20110118111A1 (en) | 2009-11-18 | 2011-05-19 | Hyundai Motor Company | PREPARATION METHOD FOR PtCo NANOCUBE CATALYST |
| US8110021B2 (en) | 2008-07-28 | 2012-02-07 | Honda Motor Co., Ltd. | Synthesis of PtCo nanoparticles |
-
2014
- 2014-12-17 LT LT2014143A patent/LT6311B/lt not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6262129B1 (en) | 1998-07-31 | 2001-07-17 | International Business Machines Corporation | Method for producing nanoparticles of transition metals |
| US6967183B2 (en) | 1998-08-27 | 2005-11-22 | Cabot Corporation | Electrocatalyst powders, methods for producing powders and devices fabricated from same |
| US6783569B2 (en) | 2001-08-16 | 2004-08-31 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Method for synthesis of core-shell type and solid solution alloy type metallic nanoparticles via transmetalation reactions and applications of same |
| US8110021B2 (en) | 2008-07-28 | 2012-02-07 | Honda Motor Co., Ltd. | Synthesis of PtCo nanoparticles |
| US20110118111A1 (en) | 2009-11-18 | 2011-05-19 | Hyundai Motor Company | PREPARATION METHOD FOR PtCo NANOCUBE CATALYST |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| A. TEGOU ET AL.: "Rotating disc electrode studies of borohydride oxidation at Pt and bimetallic Pt-Ni and Pt-Co electrodes", CATAL. TODAY, 2011, pages 126 - 133 |
| J. R. C. SALGADO ET AL.: "Preparation of Pt-Co/C electrocatalysts by reduction with borohydride in acid and alkaline media", J. POWER SOURCES, 2004, pages 56 - 60, XP004618337, DOI: doi:10.1016/j.jpowsour.2004.06.011 |
| L. YI ET AL.: "Carbon-supported Pt-Co nanoparticles as anode catalyst for direct borohydride-hydrogen peroxide fuel cell", INT. J. HYDROGEN ENERGY, 2012, pages 12650 - 12658 |
| L. YI ET AL.: "High activity of Au-Cu/C electrocatalyst as anodic catalyst for direct borohydride-hydrogen peroxide fuel cell", INT. J. HYDROGEN ENERGY, 2011, pages 15775 - 15782, XP028320673, DOI: doi:10.1016/j.ijhydene.2011.09.019 |
| X. ZHANG ET AL.: "Electrocatalytic properties of supported platinum-cobalt nanoparticles with uniform and controlled composition", J. ELECTROANAL. CHEM., 2004, pages 1 - 9, XP004607070, DOI: doi:10.1016/j.jelechem.2004.06.023 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| LT2014143A (lt) | 2016-07-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kuang et al. | Enhanced N-doping in mesoporous carbon for efficient electrocatalytic CO 2 conversion | |
| Wen et al. | Co/CoOx nanoparticles inlaid onto nitrogen-doped carbon-graphene as a trifunctional electrocatalyst | |
| Neto et al. | PdBi/C electrocatalysts for ethanol electro-oxidation in alkaline medium | |
| Narwade et al. | Ni/NiO@ rGO as an efficient bifunctional electrocatalyst for enhanced overall water splitting reactions | |
| Das et al. | Nickel nanocatalysts supported on sulfonated polyaniline: potential toward methanol oxidation and as anode materials for DMFCs | |
| Sanij et al. | Advanced Pd-based nanomaterials for electro-catalytic oxygen reduction in fuel cells: A review | |
| Gamil et al. | Nanohybrid layered double hydroxide materials as efficient catalysts for methanol electrooxidation | |
| US9099752B2 (en) | Electrocatalyst for electrochemical conversion of carbon dioxide | |
| Xiong et al. | Catalytic activity of Pt–Ru alloys synthesized by a microemulsion method in direct methanol fuel cells | |
| CA2857110A1 (en) | Precious metal oxide catalyst for water electrolysis | |
| Zhang et al. | Tungsten carbide encapsulated in nitrogen-doped carbon with iron/cobalt carbides electrocatalyst for oxygen reduction reaction | |
| KR20120089858A (ko) | 연료 전지를 위한 금속 산화물 도핑을 갖는 촉매 | |
| Wen et al. | Surface phosphorization of hierarchically nanostructured nickel molybdenum oxide derived electrocatalyst for direct hydrazine fuel cell | |
| Ribeiro et al. | Preparation of PtRuNi/C electrocatalysts by an alcohol-reduction process for electro-oxidation of methanol | |
| Moon et al. | Pd nanoparticles on mesoporous tungsten carbide as a non-Pt electrocatalyst for methanol electrooxidation reaction in alkaline solution | |
| Sharma et al. | Graphene-manganite-Pd hybrids as highly active and stable electrocatalysts for methanol oxidation and oxygen reduction | |
| JP2009093864A (ja) | 燃料電池用電極触媒の製造方法 | |
| Yellatur et al. | Facile electrooxidation of ethanol on reduced graphene oxide supported Pt–Pd bimetallic nanocomposite surfaces in acidic media | |
| Li et al. | Effect of synthesis method on the oxygen reduction performance of Co–N–C catalyst | |
| Bhardwaj et al. | Nanostructured Cu foam and its derivatives: emerging materials for the heterogeneous conversion of CO 2 to fuels | |
| Martínez et al. | Pd and Pd-Co oxygen reduction nanocatalysts in acidic media | |
| RU2421850C1 (ru) | Способ получения наноразмерного платиноникелевого катализатора | |
| Khan et al. | A zeolitic imidazolate framework (ZIF-67) and graphitic carbon nitride (gC 3 N 4) composite based efficient electrocatalyst for overall water-splitting reaction | |
| Wang et al. | Shape-controlled synthesis of palladium-copper nanoalloys with improved catalytic activity for ethanol electrooxidation | |
| JP6815918B2 (ja) | 銀アセチリド及びその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BB1A | Patent application published |
Effective date: 20160725 |
|
| FG9A | Patent granted |
Effective date: 20160912 |
|
| MM9A | Lapsed patents |
Effective date: 20211217 |