Morphological and structural aspects of electrochemical catalysis of the reaction of oxygen reduction by the cobalt complex of sodium pectate

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Oxygen reduction catalysts based on cobalt complexes of sodium pectate have been developed, which are interesting from the point of view of application in proton-exchange membrane fuel cells. They have been studied by electrochemistry and electron microscopy. As a result of the studies, the catalyst- leader with 15% substitution of sodium ions for Co2+ cations has been determined.

Full Text

Restricted Access

About the authors

P. Ya. Enders

FRC Kazan Scientific Center, Russian Academy of Sciences; Kazan National Research Technological University

Author for correspondence.
Email: enderspolina@mail.ru

Arbuzov Institute of Organic and Physical Chemistry

Russian Federation, Kazan; Kazan

E. M. Lebedeva

FRC Kazan Scientific Center, Russian Academy of Sciences; Kazan National Research Technological University

Email: enderspolina@mail.ru

Arbuzov Institute of Organic and Physical Chemistry

Russian Federation, Kazan; Kazan

G. R. Nizameeva

FRC Kazan Scientific Center, Russian Academy of Sciences; Kazan National Research Technological University

Email: enderspolina@mail.ru

Arbuzov Institute of Organic and Physical Chemistry

Russian Federation, Kazan; Kazan

R. R. Gainullin

Kazan National Research Technological University

Email: enderspolina@mail.ru
Russian Federation, Kazan

S. T. Minzanova

FRC Kazan Scientific Center, Russian Academy of Sciences; Kazan National Research Technological University

Email: enderspolina@mail.ru

Arbuzov Institute of Organic and Physical Chemistry

Russian Federation, Kazan; Kazan

E. I. Galeeva

Kazan National Research Technological University

Email: enderspolina@mail.ru
Russian Federation, Kazan

Z. V. Mezhevich

Kazan National Research Technological University

Email: enderspolina@mail.ru
Russian Federation, Kazan

E. S. Nefedev

Kazan National Research Technological University

Email: enderspolina@mail.ru
Russian Federation, Kazan

K. V. Kholin

FRC Kazan Scientific Center, Russian Academy of Sciences; Kazan National Research Technological University

Email: enderspolina@mail.ru

Arbuzov Institute of Organic and Physical Chemistry

Russian Federation, Kazan; Kazan

M. K. Kadirov

FRC Kazan Scientific Center, Russian Academy of Sciences; Kazan National Research Technological University

Email: kamaka59@gmail.com

Arbuzov Institute of Organic and Physical Chemistry

Russian Federation, Kazan; Kazan

References

  1. Thandavarayan, S. and Viswanathan, S., Electrocatalysts for Low Temperature Fuel Cells. Fundamentals and Recent Trends. Weinheim, Germany: Wiley VCH, 2017. 616 p.
  2. Tarasevich, M.R., Sadkovski, A., and Yeager, E., Comprehensive Treatise of Electrochemistry. V. 7. Kinetics and Mechanism of Electrode Processes / Eds. Conway, B.E., Bockris, J.O.M., and Yeager, E. N.Y., London: Plenum Press, 1983, p. 301.
  3. Ramaswamy, N. and Mukerjee, S., Fundamental mechanistic understanding of electrocatalysis of oxygen reduction on Pt and non-Pt surfaces: acid versus alkaline media, Adv. Phys. Chem., 2012, p. 1.
  4. Тарасевич, М.Р., Хрущева, Е.И., Филиновский, В.Ю. Вращающийся дисковый электрод с кольцом. М.: Наука, 1987. 247 c. [Tarasevich, M.R., Khrustcheva, E.I., and Philinovskii, V. Yu., Rotating ring disk electrode (in Russian), M.: Nauka, 1987. 247 p.]
  5. Ma, R., Gaoxin, Lin, Yao, Zhou, Qian, Liu, Tao, Zhang, Guangcun, Shan, Minghui, Yang, and Jiacheng, Wang, A review of oxygen reduction mechanisms for metal-free carbon-based electrocatalysts, Comput. Mater., 2019, vol. 5, p. 78.
  6. Park, J.-W. and Seo, J., Ultrafine TaOx/CB Oxygen reduction Electrocatalysts Operating in Both Acidic and Alkaline Media, Catalysts, 2022, vol. 12(1), no. 35.
  7. Богдановская, В.А., Кольцова, Е.М., Тарасевич, М.Р., Радина, М.В., Жутаева, Г.В., Кузов, А.В., Гаврилова, Н.Н. Активные и стабильные катализаторы для топливных элементов на основе нанотрубок, модифицированных платиной. Электрохимия. 2016. Т. 52. С. 810. [Bogdanovskaya, V.A., Kol’tsova, E.M., Tarasevich, M.R., Radina, M.V., Zhutaeva, G.V., Kuzov, A.V., and Gavrilova, N.N., Highly Active and Stable Catalysts Based on Nanotubes and Modified Platinum for Fuel Cells, Russ. J. Electrochem., 2016, vol. 52, p. 723.]
  8. Тарасевич, М.Р., Корчагин, О.В. Электрокатализ и рН. Электрохимия. 2013. Т. 49. С. 676. [Tarasevich, M.R. and Korchagin, O.V., Electrocatalysis and pH (a review), Russ. J. Electrochem., 2013, vol. 49, p. 600.]
  9. Shinozak, K., Zack, J.W., Richards, R.M, Pivovar, B.S., and Kocha, S.S., Oxygen Reduction Reaction Measurements on Platinum Electrocatalysts Utilizing Rotating Disk Electrode Technique: I. Impact of Impurities, Measurement Protocols and Applied Corrections, J. Electrochem. Soc., 2015, vol. 162, no.10, p. 162.
  10. Li, L., Hu, L., Li, J., and We, Z., Enhanced stability of Pt nanoparticles electrocatalysts for fuel cells, Nano Res., 2015, vol. 3, p. 418.
  11. Capelo, A., Esteves, M.A., de Sa, A.I., Silva, R.A., Cangueiro, L., Almeida, A., Vilar, R., and Rangel, C.M., Stability and durability under potential cycling of Pt/C catalyst with new surface-functionalized carbon support, Intern. J. Hydrogen Energy, 2016, vol. 41, p. 12962.
  12. Su, L., Jia, W.Z., Li, C.M., and Lei, Y., Mechanisms for enhanced performance of platinum-based electrocatalysts in proton exchange membrane fuel cells, ChemSus Chem., 2014, vol. 7, p. 361.
  13. Timperman, L., Feng, Y.J., Vogel, W., and AlonsoVant, N., Substrate effect on oxygen reduction electrocatalysis, Electrochim. Acta, 2010, vol. 55, p. 7558.
  14. Dubau, L., Castanheira, L., Maillard, F., Chatenet, M., Lottin, O., Maranzana, G., Dillet, J., Lamibrac, A., Perrin, J.C., and Moukheiber, E., A review of PEM fuel cell durability: Materials degradation, local heterogeneities of aging and possible mitigation strategies, WIREs: Energy Environ, 2014, vol. 3, p. 540.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Scheme. Scheme for the synthesis of cobalt complexes of sodium pectate.

Download (427KB)
Indexing metadata
3. Fig. 1. CBA curve of Co(15%)-NaPG in 0.5 M H2SO4 aqueous solution showing the amplitude of the oxygen reduction peak (left) and the chronoamperometric curve at a potential of -0.3 V (right). The sweep rate of the potential is 50 mV/s.

Download (254KB)
Indexing metadata
4. Fig. 2. Linear voltammetry curves of Co(15%)-NaPG in 0.5 M H2SO4 aqueous solution obtained at different VDE rates (left) and Koutetsky-Levich dependence for RVC. The potential sweep rate is 50 mV/s.

Download (275KB)
Indexing metadata
5. Fig. 3. Morphological characteristics and amplitudes of the oxygen reduction peak on the CVA curves of Co(n%)-NaPG samples from the cobalt content (a); PEM (b) and AFM (c) images of Co-NaPG aggregates with 15% cobalt content and the topographic histogram corresponding to the AFM image (d).

Download (1MB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».