СИНТЕЗ, СТРУКТУРНЫЕ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО КАТАЛИЗАТОРА PT–RU/C ДЛЯ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

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.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. Alonso-Vante N. Parameters affecting the fuel cell reactions on platinum bimetallic nanostructures // Electrochemical Energy Reviews. – 2023. – Vol. 6, No. 1. – P. 3.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.