Московский технологический университет (Институт тонких химических технологий), Москва, Россия.

Н. А. Яштулов, профессор каф. энергетических технологий, систем и установок, эл. почта: yashtulovna@mail.ru
А. В. Рагуткин, проректор по инновационному развитию
М. В. Лебедева, ассистент каф. физической химии

Национальный исследовательский университет «МЭИ», Москва, Россия:

С. С. Смирнов, старший научный сотрудник каф. химии и электрохимической энергетики

Проблема создания активных материалов для конструирования микромощных источников тока стала особенно актуальной вследствие последних достижений в нанотехнологиях и микроэлектронике. В настоящее время кремний является основным материалом нано- и микроэлектроники. Его структурные модификации могут обладать уникальным набором свойств, обеспечивающих несомненные технологические преимущества процессов кремниевой технологии. В данной работе с целью создания конструкционных материалов для электрохимических преобразователей энергии были получены композиты с наночастицами платины на пористом кремнии. Функциональные характеристики материалов исследованы методами ex situ и in situ циклической вольтамперометрии. Полученные нанокатализаторы продемонстрировали высокую активность в реакциях окисления водорода и восстановления кислорода, являющихся базовыми для химических источников тока.

Работа выполнена при финансовой поддержке Госзадания РФ (проект № 13.3140.2017/ПЧ).

1. Micro & Nano-Engineering of Fuel Cells / ed. D. Y. C. Leung, J. Xuan — Boca Raton : CRC Press, 2015. — 338 p.
2. Абрамович Б. Н., Веприков А. А., Сычев Ю. А., Хомяков К. А. Повышение эффективности электротехнических преобразовательных комплексов для питания электролизеров алюминия // Цветные металлы. 2016. № 10. С. 49–53.
3. Kobayashi M. A., Suzuki T., Hayase M. А miniature fuel cell with monolithically fabricated Si electrodes — Reduction of residual porous Si on catalyst layer // Journal of Power Sources. 2014. Vol. 267. P. 622–628.
4. Yacou C., Ayral A., Giroir-Fendler A., Fontaine M. L., Julbe A. Hierarchical porous silica membranes with dispersed Pt nanoparticles // Microporous and Mesoporous Materials. 2009. Vol. 126, No. 3. P. 222–227.
5. Яштулов Н. А., Зенченко В. О., Кулешов Н. В., Флид В. Р. Синтез и каталитическая активность нанокомпозитов платина / пористый кремний // Изв. АН. Сер. хим. 2016. Т. 65, № 10. С. 2369–2374.
6. Borghei M., Scotti G., Kanninen P., Weckman T., Anoshkin I. V., Nasibulin A. G., Franssila S., Kauppinen E. I., Kallio T., Ruiz V. Enhanced performance of a silicon microfabricated direct methanol fuel cell with PtRu catalysts supported on few-walled carbon nanotubes // Energy. 2014. Vol. 65. P. 612–620.
7. Porous silicon: From Formation to Application. Vol. 3: Microelectronics, Optoelectronics and Energy Technology Applications / ed. G. Korotcenkov. — Boca Raton : CRC Press, 2016. — 430 p.
8. Яштулов Н. А., Зенченко В. О., Лебедева М. В., Самойлов В. М., Каримов О. Х., Флид В. Р. Синтез и электрокаталитическая активность наночастиц палладия на пористом кремнии // Изв. АН. Сер. хим. 2016. Т. 65, № 1. С. 133–138.
9. Яштулов Н. А., Патрикеев Л. Н., Зенченко В. О., Смирнов С. Е., Лебедева М. В., Флид В. Р. Формирование и каталитические свойства материалов на основе пористого кремния с наночастицами платины // Российские нанотехнологии. 2015. Т. 10, № 11–12. С. 91–96.
10. Munoz-Noval A., Fukami K., Koyama A., Gallach D., Hermida-Merino D., Portale G., Kitada A., Murase K., Abe T., Hayakawa S., Sakka T. Accelerated growth from amorphous clusters to metallic nanoparticles observed in electrochemical deposition of platinum within nanopores of porous silicon // Electrochemistry Communications. 2016. Vol. 71. P. 9–12.
11. Яштулов Н. А. Электронодефицитные наночастицы платины и палладия на пористом кремнии // Тонкие химические технологии. 2011. Т. 6, № 3. С. 87–90.
12. Adawyia J. H., Alwan M. A., Allaa A. J. Optimizing of porous silicon morphology for synthesis of silver nanoparticles // Microporous and Mesoporous Materials. 2016. Vol. 227. P. 152–160.
13. Keshavarzi S., Mescheder U., Reineck H. Room temperature Si–Si direct bonding technique using velcro-like surfaces // Journal of microelectromechanical systems. 2016. Vol. 75, No. 9. P. 311–319.
14. Handbook of porous silicon / ed. L. Canham. — London : Springer, 2014. — 1017 p.
15. Яштулов Н. А., Гаврин С. С., Бондаренко В. П., Холостов К. И., Ревина А. А., Флид В. Р. Формирование нанокомпозитных катализаторов платины на пористом кремнии // Изв. АН. Сер. хим. 2011. Т. 60, № 3. С. 425–430.
16. Нечитайлов А. А., Астрова Е. В. Методы комплексной аттестации электродов на основе пористого кремния для топливных элементов // Альтернативная энергетика и экология. 2007. № 2. С. 66–71.

17. Максимов Ю. М., Подловченко Б. И., Гладышева Т. Д., Колядко Е. А. Структурные и сорбционные свойства систем Pt – полианилин и Pd – полианилин, полученных при циклировании электродного потенциала // Электрохимия. 1999. Т. 35, № 11. С. 1388–1394.
18. Гуэррини Е., Трасатти С. Некоторые последние достижения в понимании факторов электрокатализа // Электрохимия. 2006. Т. 42, № 10. С. 1131–1140.
19. Andersen S. M., Larsen M. J. Performance of the electrode based on silicon carbide supported platinum catalyst for proton exchange membrane fuel cells // Journal of Electroanalytical Chemistry. 2017. Vol. 791. P. 175–184.
20. Kouassi S., Gautier G., Thery J., Desplobain S., Borella M., Ventura L., Laurent J. Y. Proton exchange membrane micro fuel cells on 3D porous silicon gas diffusion layers // Journal of Power Sources. 2012. Vol. 216. P. 15–21.
21. Забродский А. Г., Гуревич С. А., Кожевин В. М., Астрова Е. В., Нечитайлов А. А., Сресели О. М., Теруков Е. И., Компан М. Е. Микро- и нанотехнологии для портативных топливных элементов // Альтернативная энергетика и экология. 2007. Т. 46, № 2. С. 54–59.
22. Su H., Xu Q., Chong J., Li H., Sita C., Pasupathi S. Eliminating micro-porous layer from gas diffusion electrode for use in high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell // Journal of Power Sources. 2017. Vol. 341. P. 302–308.