nucВестник НЯЦ РКNNC RK Bulletin1729-75161729-7885Национальный ядерный центр Республики Казахстан10.52676/1729-7885-2026-2-211-219nuc-1054Research ArticleСтатьиСИНТЕЗ, СТРУКТУРНЫЕ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО КАТАЛИЗАТОРА PT–RU/C ДЛЯ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВSYNTHESIS, STRUCTURAL AND ELECTROCHEMICAL PROPERTIES OF THE BIMETALLIC CATALYST PT–RU/C FOR FUEL CELLSОпахайС .OpakhaiS.

Серікжан Опахай 

Астана

Serikzhan Opakhai

Astana

serikzhan.opakhai07@gmail.comКутербековК. А.KuterbekovK. A.

Кайрат Кутербеков 

Астана

Kairat Kuterbekov

Astana

kkuterbekov@gmail.comБекмырзаК. Ж.BekmyrzaK. Zh.

Кенжебатыр Бекмырза 

Астана

Kenzhebatyr Bekmyrza

Astana

kbekmyrza@yandex.kzКабышевА. М.KabyshevA. M.

Асет Кабышев 

Астана

Asset Kabyshev

Astana

assetenu@gmail.comЗейнуллаЖ. С.ZeinullaZh. S.

Жасулан Зейнулла 

Астана

Zhasulan Zeinulla

Astana

zeizhaser@mail.ruСырлыбекқызыС.SyrlybekkyzyS.

Самал Сырлыбекқызы 

Актау

Samal Syrlybekkyzy

Astana

samal.syrlybekkyzy@yu.edu.kzКойшинаА. И.KoishinaA. I.

Акмарал Койшина 

Актау

Akmaral Koishina

Astana

akmaral.koishina@yu.edu.kzПангалиевЕ.PangaliyevE.

Ербол Пангалиев 

Актау

Yerbol Pangaliyev 

Astana

yerbol.pangaliyev@yu.edu.kzЕвразийский национальный университет имени Л.Н. ГумилеваКазахстанEurasian National University named after L.N. GumilyovKazakhstanКаспийский университет технологии и инжиниринга им. Ш. ЕсеноваКазахстанCaspian University of Technology and Engineering named after. Sh. YesenovaKazakhstan20260908202602211219Copyright © Опахай С., Кутербеков К.А., Бекмырза К.Ж., Кабышев А.М., Зейнулла Ж.С., Сырлыбекқызы С., Койшина А.И., Пангалиев Е., 20262026Опахай С., Кутербеков К.А., Бекмырза К.Ж., Кабышев А.М., Зейнулла Ж.С., Сырлыбекқызы С., Койшина А.И., Пангалиев Е.Opakhai S., Kuterbekov K.A., Bekmyrza K.Z., Kabyshev A.M., Zeinulla Z.S., Syrlybekkyzy S., Koishina A.I., Pangaliyev E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journals.nnc.kz/jour/article/view/1054

В статье представлен синтез и всестороннее исследование биметаллического катализатора Pt-Ru/C с содержанием Pt 5% по массе и атомным соотношением Pt:Ru 1:1, полученного методом химического восстановления на углеродной подложке. Морфология и структура материала были изучены с помощью сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии, которые выявили образование высокодисперсных наночастиц Pt-Ru размером около 2-5 нм, равномерно распределенных по поверхности углеродной матрицы. Элементный состав и однородность распределения компонентов были подтверждены энергодисперсионной спектроскопией. Фазовый состав катализатора был изучен методом рентгеновской дифракции, результаты которой указывают на образование нанокристаллической структуры Pt-Ru без явного фазового разделения. Структурные характеристики поверхности, определенные методом низкотемпературной адсорбции-десорбции азота, показали наличие развитой мезопористой структуры с высокой удельной поверхностью и пористостью, обеспечивающей эффективный массоперенос. Электрохимические свойства катализатора были оценены с помощью циклической вольтамметрии в растворе 0,5 М H₂SO₄. Результаты показывают пики адсорбции-десорбции водорода, а также образование частиц оксида рутения, что указывает на реализацию бифункционального механизма. Катализатор демонстрирует высокую электрохимическую активность и стабильность благодаря равномерному распределению активной фазы и развитой поверхности носителя. Таким образом, полученный катализатор Pt-Ru/C характеризуется оптимальными структурными и электрохимическими свойствами и является эффективным материалом для использования в низкотемпературных топливных элементах.

This article presents the synthesis and comprehensive study of a bimetallic Pt-Ru/C catalyst with a Pt content of 5% by weight and a Pt:Ru atomic ratio of 1:1, obtained by chemical reduction on a carbon support. The morphology and structure of the material were studied using scanning and transmission electron microscopy, which revealed the formation of highly dispersed Pt-Ru nanoparticles with a size of about 2-5 nm, uniformly distributed over the surface of the carbon matrix. The elemental composition and homogeneity of the component distribution were confirmed by energy-dispersive spectroscopy. The phase composition of the catalyst was studied by X-ray diffraction, the results of which indicate the formation of a nanocrystalline Pt-Ru structure without obvious phase separation. The structural characteristics of the surface, determined by low-temperature nitrogen adsorption-desorption, showed the presence of a developed mesoporous structure with a high specific surface area and porosity, ensuring efficient mass transfer. The electrochemical properties of the catalyst were evaluated using cyclic voltammetry in a 0.5 M H₂SO₄ solution. The results reveal hydrogen adsorption-desorption peaks, as well as the formation of ruthenium oxide particles, indicating a bifunctional mechanism. The catalyst exhibits high electrochemical activity and stability due to the uniform distribution of the active phase and the developed support surface area. Thus, the resulting Pt–Ru/C catalyst is characterized by optimal structural and electrochemical properties and is an effective material for use in low-temperature fuel cells.

катализатор Pt–Ru/Cбиметаллические наночастицыуглеродный носительхимическое восстановлениемезопористая структураудельная площадь поверхностициклическая вольтамметриятопливные элементыPt–Ru/C catalystbimetallic nanoparticlescarbon supportchemical reductionmesoporous structurespecific surface areacyclic voltammetryfuel cellsДанное исследование было профинансировано Комитетом науки Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан (грант № АР23490626 «Исследование и разработка фотоэлектродов ZnO/ BiVO4 и Cu2 O/ZnO для создания высокоэффективных тандемных светоуправляемых систем производства водорода»),The work was carried out within the framework of the program-targeted funding BR24992964 “Development of integrated energy-saving technologies for the development of environmental sustainability and efficiency of marine operations in the Kazakhstan sector of the Caspian Sea” of the Ministry of Science and Higher Education of the Republic of Kazakhstan.ReferencesOsman S. H., Kamarudin S. K., Shaari N., Zakaria Z. Lowtemperature fuel cell technology development and issues: an overview // Arabian Journal for Science and Engineering. – 2025. – Vol. 50, No. 13. – P. 9675–9688.Osman S. H., Kamarudin S. K., Shaari N., Zakaria Z. Lowtemperature fuel cell technology development and issues: an overview // Arabian Journal for Science and Engineering. - 2025. - Vol. 50, No. 13. - P. 9675-9688.Din M. A. U., Idrees M., Jamil S., Irfan S., Nazir G., Mudassir M. A., Saidur R. Advances and challenges of methanol-tolerant oxygen reduction reaction electrocatalysts for the direct methanol fuel cell // Journal of Energy Chemistry. – 2023. – Vol. 77. – P. 499–513.Din M. A. U., Idrees M., Jamil S., Irfan S., Nazir G., Mudassir M. A., Saidur R. Advances and challenges of methanol-tolerant oxygen reduction reaction electrocatalysts for the direct methanol fuel cell // Journal of Energy Chemistry. - 2023. - Vol. 77. - P. 499-513.Liu P., Xu S. A review of low-temperature proton exchange membrane fuel cell degradation caused by repeated freezing start // International Journal of Hydrogen Energy. – 2023. – Vol. 48, No. 22. – P. 8216–8246.Liu P., Xu S. A review of low-temperature proton exchange membrane fuel cell degradation caused by repeated freezing start // International Journal of Hydrogen Energy. - 2023. - Vol. 48, No. 22. - P. 8216-8246.Hu X., Yang B., Ke S., Liu Y., Fang M., Huang Z., Min X. Review and perspectives of carbon-supported platinumbased catalysts for proton exchange membrane fuel cells // Energy & Fuels. – 2023. – Vol. 37, No. 16. – P. 11532–11566.Hu X., Yang B., Ke S., Liu Y., Fang M., Huang Z., Min X. Review and perspectives of carbon-supported platinumbased catalysts for proton exchange membrane fuel cells // Energy & Fuels. - 2023. - Vol. 37, No. 16. - P. 11532-11566.Nie Y., Shi Z., Li B., Meyer Q., Zhao C. Engineering platinum-based alloy catalysts for oxygen reduction reaction in hydrogen fuel cells: A mini-review // Energy & Fuels. – 2025. – Vol. 39, No. 34. – P. 16049–16064.Nie Y., Shi Z., Li B., Meyer Q., Zhao C. Engineering platinum-based alloy catalysts for oxygen reduction reaction in hydrogen fuel cells: A mini-review // Energy & Fuels. - 2025. - Vol. 39, No. 34. - P. 16049-16064.Alonso-Vante N. Parameters affecting the fuel cell reactions on platinum bimetallic nanostructures // Electrochemical Energy Reviews. – 2023. – Vol. 6, No. 1. – P. 3.Alonso-Vante N. Parameters affecting the fuel cell reactions on platinum bimetallic nanostructures // Electrochemical Energy Reviews. - 2023. - Vol. 6, No. 1. - P. 3.Liu Z., Ling X. Y., Su X., Lee J. Y. Carbon-supported Pt and PtRu nanoparticles as catalysts for a direct methanol fuel cell // The Journal of Physical Chemistry B. – 2004. – Vol. 108, No. 24. – P. 8234–8240.Liu Z., Ling X. Y., Su X., Lee J. Y. Carbon-supported Pt and PtRu nanoparticles as catalysts for a direct methanol fuel cell // The Journal of Physical Chemistry B. - 2004. - Vol. 108, No. 24. - P. 8234-8240.Li L., Xing Y. Pt−Ru nanoparticles supported on carbon nanotubes as methanol fuel cell catalysts // The Journal of Physical Chemistry C. – 2007. – Vol. 111, No. 6. – P. 2803–2808.Li L., Xing Y. Pt−Ru nanoparticles supported on carbon nanotubes as methanol fuel cell catalysts // The Journal of Physical Chemistry C. - 2007. - Vol. 111, No. 6. - P. 2803-2808.Maiyalagan T., Alaje T. O., Scott K. Highly stable Pt–Ru nanoparticles supported on three-dimensional cubic ordered mesoporous carbon (Pt–Ru/CMK-8) as promising electrocatalysts for methanol oxidation // The Journal of Physical Chemistry C. – 2012. – Vol. 116, No. 3. – P. 2630–2638.Maiyalagan T., Alaje T. O., Scott K. Highly stable Pt-Ru nanoparticles supported on three-dimensional cubic ordered mesoporous carbon (Pt-Ru/CMK-8) as promising electrocatalysts for methanol oxidation // The Journal of Physical Chemistry C. - 2012. - Vol. 116, No. 3. - P. 2630-2638.Zeng J., Francia C., Dumitrescu M. A., Monteverde Videla H., Ijeri V. S., Specchia S., Spinelli P. Electrochemical performance of Pt-based catalysts supported on different ordered mesoporous carbons (Pt/OMCs) for oxygen reduction reaction // Industrial & Engineering Chemistry Research. – 2012. – Vol. 51, No. 22. – P. 7500–7509.Zeng J., Francia C., Dumitrescu M. A., Monteverde Videla H., Ijeri V. S., Specchia S., Spinelli P. Electrochemical performance of Pt-based catalysts supported on different ordered mesoporous carbons (Pt/OMCs) for oxygen reduction reaction // Industrial & Engineering Chemistry Research. - 2012. - Vol. 51, No. 22. - P. 7500-7509.Wang D., Zhuang L., Lu J. An alloying-degree-controlling step in the impregnation synthesis of PtRu/C catalysts // The Journal of Physical Chemistry C. – 2007. – Vol. 111, No. 44. – P. 16416–16422.Wang D., Zhuang L., Lu J. An alloying-degree-controlling step in the impregnation synthesis of PtRu/C catalysts // The Journal of Physical Chemistry C. - 2007. - Vol. 111, No. 44. - P. 16416-16422.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.