Published February 1979 | Version v1
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Investigation of hydrogen and water on fuel cell catalysts and aluminium oxide by means of neutron scattering

Description

The motion of hydrogen and water adsorbed on Raney-nickel and tungsten carbide has been studied by slow neutron scattering with time-of-flight technique. The data are compared with calculations for different models. The main results are as follows: Hydrogen chemisorbed on nickel up to one monolayer oscillates synchronously with the surface atoms and besides this there are oscillation of high frequency against the surface. In additional layers hydrogen behaves like on tungsten carbid: the molecules are dissociated but they do not move with the surface of the adsorbens. Nevertheless the surface diffusion is small. Such weaker bonded hydrogen may be important for the catalytic process in the fuel cell. Besides this, the surface diffusion of water on tungsten carbide is important for its catalytic activity. The second topic of this work is the behaviour of hydrogen adsorbed on alumina, which is different for ortho-and parahydrogen. The measurement cannot be interpreted in terms of a hindered rotation of the molecules; the rotational motion of the molecule is coupled with the motion of its center of mass. Besides this, quasielastic scattering has been observed, which perhaps may not be due to diffusion but a consequence of resonance conversion. (orig.) 891 WBU 892 ARA

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Abstract (German)

Raney-Nickel und Wolframcarbid werden bevorzugt fuer die anodische Oxidation von Wasserstoff in Brennstoffzellen verwendet. Die Bewegungszustaende der Atome dieser Katalysatoren sowie von darauf adsorbiertem Wasserstoff wurden neutronenspektroskopisch untersucht. Auf Nickel chemisorbierte Wasserstoffatome bei einem Bedeckungsgrad bis zu einer Monoschicht schwingen im Takt mit den Nickelatomen der Oberflaeche; daneben gibt es hochfrequente Schwingungen gegen die Oberflaechen. Weiterer darauf aufgebrachter Wasserstoff verhaelt sich jedoch aehnlich wie auf Wolframcarbid: die Molekuele sind ebenfalls dissoziiert, die Atome schwingen aber nicht im Takt mit dem Adsorbens mit. Trotzdem findet keine oder nur eine langsame Oberflaechendiffusion statt. Dieser weniger festgebundene Wasserstoff kommt auf beiden Katalysatortypen in der Brennstoffzelle vor und scheint daher fuer den katalytischen Prozess wichtig zu sein. Ein Vergleich der Messergebnisse mit einer Computersimulation zeigte, dass das unelastische Neutronenspektrum bei 50 K nicht nur, wie bisher angenommen, als behinderte Rotation der ortho-Molekuele erklaert werden kann, sondern als Frequenzverteilung von Schwerpunktsschwingungen, die mit Drehbewegungen der Molekuele verkoppelt sind. (orig.)

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Original title (German)
Untersuchung von Wasserstoff und Wasser auf Brennstoffzellenkatalysatoren und Aluminiumoxid mittels Neutronenstreuung

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Imprint Pagination
96 p.
Report number
Juel-Spez--31